chât thải nông sản

Trang 1

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH BAN CHẤP HÀNH TP.HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG

LOẠI CHẤT THẢI NÔNG SẢN THỰC PHẨM

THUỘC NHÓM NGÀNH:

KHOA HỌC NÔNG - LÂM - NGƯ NGHIỆP VÀ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

Trang 2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là nước nông nghiệp, trước đây nông sản thường xuất khẩu thô, nay nhà nước đẩy mạnh phát triển hình thức công nghiệp chế biến và đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực bảo quản, để từ đó, các mặt hàng này được xuất khẩu ra thị trường thế giới Theo thống kê của Bộ Kế Hoạch và Đầu Tư thì sản lượng cây ăn quả là 4 triệu tấn/năm (năm 2005) với nhiều loại cây ăn quả nhiệt đới và á nhiệt đới như: nhãn, vải, xoài, chôm chôm, sầu riêng, thanh long, bưởi, lê, thơm Việt Nam đi lên từ một nền kinh tế nông nghiệp, ngành nông nghiệp chiếm 30% giá trị xuất khẩu, 25% trong tổng GDP quốc gia, 76% dân số sống ở nông thôn, giai đoan 1997-1998, ngành nông nghiệp đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, xuất khẩu gạo, cà phê đứng thứ hai, hạt tiêu luôn đứng đầu thế giới, cùng với sự tăng trưởng mạnh của các mặt hàng nông – lâm – thủy hải sản và thực phẩm Lượng cây ăn quả trong thời gian qua tăng mạnh tiêu biểu vào năm 1994 diện tích cây ăn quả đạt 550 ha đến năm 2005 diện tích tăng lên trên 4000 ha Hiện nay cả nước ta có trên 680.000 ha trồng cây ăn quả.1

Bên cạnh việc thúc đẩy ngành công nghiệp chế biến nông sản- cây ăn quả với lượng lớn nên sinh ra nhiều loại rác thải (vỏ trái cây) gây nhiều vấn đề môi trường Điển hình là Công Ty Dịch Vụ Kỹ Thuật Nông Nghiệp An Giang (ANTESCO) Đây là một trong những Công ty hàng đầu trong lĩnh vực sản xuất và xuất khẩu các sản phẩm rau quả nhiệt đới đông lạnh và đóng hộp như: Bắp non, thơm, đậu nành rau, đậu bắp, nấm rơm, ớt, khoai môn, xoài, đu đủ, thanh long, măng cụt, mít, v.v ANTESCO hiện có hai nhà máy đang áp dụng công nghệ, kỹ thuật tiên tiến của Châu Âu và hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO (international organization for standardization - tổ chức tiêu chuẩn quốc tế) ANTESCO đã có mối quan hệ mua bán với nhiều quốc gia trên thế giới như: Mỹ, Châu Âu, Nhật, Canada v.v Trung bình mỗi ngày nhà máy sử dụng 35 tấn nguyên liệu, 150 m3 nước, 5.000 KWh điện và 600 lít dầu FO Chính vì vậy, trong quá trình chế biến rau quả đông lạnh, Nhà máy đã thải ra môi trường xung quanh một lượng lớn chất thải rắn (vỏ, hạt các loại trái cây, rau quả…, khoảng 30 tấn chất thải rắn/ngày) và phải tiêu tốn chi phí là 20 triệu đồng/ngày để thu gom rác (lượng rác thải của Nhà máy tương đương với lượng chất thải của 4.000 hộ dân - bằng dân số trung bình một xã).1

Nhu cầu năng lượng nước ta ngày càng cao Theo báo cáo của Viện Chiến lược Bộ Kế hoạch và Đầu tư, Viện Năng lượng Việt Nam, Tổng công ty Than Việt Nam, Petro Việt Nam, hơn 10 năm qua ở nước ta, việc khai thác năng lượng sơ cấp (than, dầu khí, thủy năng) tăng trung bình 16,4%/năm Sử dụng năng lượng sơ cấp tăng bình quân trên 10%/năm Tốc độ tăng trưởng năng lượng cuối cùng tăng 11%/năm, cao hơn tăng trưởng kinh tế 1,46% Dự báo trong những năm tới, trung bình mỗi năm, lượng khai thác than là 25 triệu tấn, dầu thô 20 triệu tấn, khí 18 – 20 tỉ m3 Như vậy, nếu có khai thác một cách kinh tế, thì dầu khí cũng chỉ đủ dùng trong vòng 30 – 40 năm, than còn có khả năng sử dụng trong vòng hơn 60 năm, sau đó sẽ cạn dần, khai thác không kinh tế và giá thành cao Nếu không có chính sách phát triển, sử dụng các dạng năng lượng sạch và năng lượng tái tạo thì Việt Nam sẽ phụ thuộc hoàn toàn nguồn năng lượng từ bên ngoài.2 Do đó cần phải có nguồn năng lượng mới - năng lượng sạch có thể tái sinh để thay thế Sản xuất khí sinh học được xem như một phương pháp sản xuất năng lượng mới- năng lượng tái sinh Nguồn năng lượng này không đòi hỏi khắt khe nguyên liệu, mặt khác lại có giá trị năng lượng rất cao.So với dầu mỏ, khí sinh học có giá trị năng lượng hơi kém hơn, nhưng nó lại có ý nghĩa vượt trội về mặt môi trường

1 Nguồn: http://www.antesco.com/main.asp

Trang 3

Bảng 1.1 Giá trị năng lượng của khí sinh học và một số nguồn năng lượng khác STT Nguồn năng lượng Giá trị năng lượng (kJ/kg)

1 Khí sinh vật 15.600 2 Gỗ 2.400

3 Than đá 7.000 4 Dầu mỏ 18.000

Nguồn: Lượng, 2003

Trong những năm gần đây, việc áp dụng quá trình phân hủy kị khí để xử lý phần chất thải hữu cơ đã trở nên phổ biến vì quá trình này không những giảm tác động đến môi trường do chất thải gây ra mà còn có thể thu hồi được năng lượng từ khí sinh ra Ngoài ra, sản phẩm còn lại sau phân hủy có thể sử dụng như nguồn phân bón bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng.

Đối với chất thải chăn nuôi và rác thực phẩm từ hệ thống thu gom rác sinh hoạt, đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thành công về công nghệ sản xuất khí sinh học Các hầm thu khí sinh học từ chất thải chăn nuôi ở quy mô gia đình tại Việt Nam và trên thế giới đã được xây dựng và mang lại nhiều lợi ích thiết thực Mặc dù vậy, hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu về khả năng sinh khí sinh học của vỏ trái cây từ các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực phẩm Lượng vỏ và xác ép trái cây sinh ra từ hoạt động sản xuất của các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực phẩm rất lớn nhưng chưa có biện pháp giải quyết Theo khảo sát , đa số các nhà máy trong thành phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận đều phải tốn một khoảng kinh phí đáng kể để chuyên chở lượng vỏ này đến thải bỏ ở bãi chôn lấp Trong khi lượng vỏ và xác ép trái cây có hàm lượng chất hữu cơ cao có khả năng sinh khí sinh học Nếu được sử dụng để xây dựng hầm ủ sinh khí sinh học với qui mô công nghiệp được vận hành đảm bảo vệ sinh môi trường vừa đảm bảo chất lượng hầm ủ sinh khí sinh học ứng dụng chạy máy phát điện thì mang lại nhiều lợi ích Do đó ý tưởng tận dụng lượng vỏ và xác ép trái cây này làm nguyên liệu để sản xuất khí sinh học và ứng dụng khí sinh ra chạy các động cơ điện trong nhà máy Điều này có tác dụng tiết kiệm điện vừa giảm chi phí chuyên chở chất thải, đồng thời cũng giảm được áp lực chất thải ở các bãi chôn lấp hiện đang trong tình trạng quá tải Trước tình hình chất thải hữu cơ, đặc biệt là rác nông sản ngày càng nhiều, việc tìm ra một phương pháp xử lý hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm, đồng thời có thể tái sử dụng lại chất thải tạo năng lượng phục vụ cho hoạt động của nhà máy là vấn đề cần thiết

Trang 4

2 MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Ðề tài được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học của chất thải nông sản thực phẩm

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Mô Hình Nghiên Cứu

Mô hình nghiên cứu là các thùng nhựa dung tích 45 lít, được bọc một lớp mốp xốp cách nhiệt dày 2,5 cm nhằm tránh ảnh hưởng của sự biến thiên nhiệt độ môi trường đến quá trình ủ (Hình 2.1) Trên nắp thùng có gắn một ống nhựa PVC đường kính 21 mm có khoan lỗ ở phần đặt trong thùng Ống nhựa này có nhiệm vụ thu khí qua các lỗ và dẫn khí sinh ra vào túi chứa khí bằng nilong gắn ở đầu trên của ống Đồng thời ống nhựa này dùng để khuấy trộn nguyên liệu ủ mà vẫn đảm bảo điều kiện kị khí cho mô hình Ống nhựa được gắn với nắp thùng thông qua ruột banh được gắn cố định vào nắp thùng có bắt ốc gắn ron cao su và long đền cố định Ruột banh có tác dụng giúp việc khuấy trộn được dễ dàng (Hình 2.2) Để đảm bảo chắc chắn không có khí rò rỉ ở phần tiếp xúc giữa ruột banh và nắp thùng dán 1 lớp keo gián nhựa sau đó dán thêm 1 lớp xilicol bên ngoài Trên nắp thùng còn có lỗ gắn với ống nhựa dẻo để châm hóa chất điều chỉnh pH (Hình 2.3) Phía dưới đáy thùng có gắn van xả bằng nhựa để thuận tiện cho việc lấy mẫu đo pH mà vẫn giữ kín khí (Hình 2.4) Sau khi feed mô hình đậy nắp thùng thật kín có dán thêm 1 lớp keo silicon để bảo đảm môi trường trong thùng ủ là kị khí hoàn toàn và hạn chế rò rỉ khí sinh ra Sau khi đã hoàn chỉnh mô hình, để đảm bảo an toàn bơm silicon vào tất cả các mối nối, ốc vít, những vị trí có khả năng rò rỉ khí

Đo lượng khí sinh ra bằng hệ thống bình thông nhau (Hình 2.7) Hệ thống được lắp từ 2 chai nhựa 1,5 lít với 1 ống nhựa dẻo Trên than chai có chia vạch tương ứng từ 0,1 lít đến 1,5 lít Toàn bộ các mối nối đều được quấn băng keo cao su non và phủ lại bằng keo nhựa Nguyên tắc hoạt động của hệ thống đo khí: Một chai chứa đầy nước, đầu chai được buộc với túi khí cần đo thể tích để trên cao Chai kia không có nước để dưới thấp Sau khi đã lắp túi khí vào và để các chai đúng vị trí ta mở mối gấp trên ống nhựa cho nước chảy qua giữa hai chai Khí trong túi sẽ chiếm chỗ phần thể tích chai khi nước chảy qua chai kia Kết thúc 1 lần tương ứng với thể tích đo được là 1,5 lít Sau đó ta lại chuyển túi khí buộc vào chai đầy nước và tiến hành đo như lần đầu Lặp lại việc đo này nhiều lần cho tới khi lượng khí trong túi không còn thì kết thúc việc đo khí Lượng khí cần đo bằng tổng lượng khí đo được của tất cả các lần

Trang 5

Hình 2.3 Nơi châm hóa chất Hình 2.4 Nơi lấy mẫu đo pH

Hình 2.5 Túi thu khí sinh ra Hình 2.6 Lấy mẫu đo pH

Hình 2.7 Đo khí sinh ra bằng bình thông nhau.

Hình 2.8 Một mô hình ủ kị khí hoàn chỉnh

Trang 6

2.2.2 Ðối Tượng Nghiên Cứu

- Các loại vỏ trái cây chiếm tỷ trọng lớn từ các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực phẩm trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận như thơm, mít, chuối…;

- Bùn bể tự hoại (Septic) tại nhà máy phân bón Hòa Bình - thành phố Hồ Chí Minh, được dùng làm nguyên liệu phối trộn;

- Phân gia súc (phân heo) tại các trại chăn nuôi heo tập trung ở quận Tân Phú, thành phố Hồ Chí Minh, được dùng làm nguyên liệu phối trộn;

- Enzyme kích thích quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ và xellulo làm chất xúc tác nhằm tăng khả năng phân huỷ sinh học của chất thải từ các nhà máy sản xuất nông sản thực phẩm

Hình 2.9 Vỏ thơm Hình 2.10 Vỏ, sơ mít

Hình 2.11 Bùn septic Hình 2.12 Phân heo

2.2.3 Quy Trình Nghiên Cứu

Nguyên liệu chính là vỏ các loại trái cây được lấy từ Xí Nghiệp Chế Biến Nông Sản Thực Phẩm Nhà Bè đem về băm nhỏ đến kích thước 1 cm – 2 cm Các nguyên liệu phối trộn như bùn septic, phân heo lấy về phải tiến hành xác định các thông số như pH, độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ để thuận lợi cho việc tính toán theo tỉ lệ phối trộn khi nạp liệu cho mô hình có phối trộn Cho nguyên liệu vào thùng 45 lít khoảng 2/3 thể tích thùng là được Xác định khối lượng của nguyên liệu cho từng mô hình

Sau khi nạp nguyên liệu vào mô hình, tiến hành lấy mẫu nguyên liệu ban đầu để phân tích các

Trang 7

trong điều kiện tối ưu Lắp ráp mô hình, bơm keo silicon vào phần tiếp xúc giữa thùng và nắp mô hình để đảm bảo kín khí hoàn toàn

Khi bắt đầu vận hành mô hình tiến hành đo pH, lượng khí sinh ra từ mỗi mô hình, chỉnh pH, khuấy trộn thường xuyên cho đến lúc kết thúc mô hình

Khi kết thúc mô hình, tiến hành đo các chỉ tiêu như trên đối với phần chất rắn còn lại để so sánh, đánh giá quá trình vận hành và đưa ra tỉ lệ phối trộn và điều kiện thích hợp cho giai đoạn kế tiếp

2.2.4 Phương Pháp Phân Tích

Phân tích các chỉ tiêu: pH, độ ẩm, chất hữu cơ, theo Test Method For The Examination Of Composting And Compost.1

pH

Cân khối lượng mẫu (nguyên liệu);

Trộn nước khử khoáng vào mẫu đã cân theo tỉ lệ mẫu:nước = 1:3, khuấy đều;

Đo pH của phần nước thu được từ hỗn hợp mẫu và nước bằng máy pH cầm tay hoặc máy bàn Đọc và ghi lại kết quả từ màn hình của máy

Độ ẩm

Sấy đĩa inox trong tủ sấy trong 1giờ; Hút ẩm 1giờ;

Cân khối lượng (mo) của đĩa;

Cân khối lượng mẫu lấy từ mô hình và đĩa (m1);

Sấy các mẫu trong khoảng 18 – 24 giờ trong tủ sấy ở nhiệt độ 105oC; Hút ẩm 1giờ;

Cân khối lượng (m2) của đĩa và mẫu sau hút ẩm;

Sấy và cân mẫu lien tục cho tới khi khối lượng ổn định không đổi thì ngừng và lấy giá trị ổn định đó để tính độ ẩm

Công thức tính độ ẩm:

M (%) = x 100%

Công thức tính lượng chất khô như sau: DM %= 100% – M %

Chất hữu cơ và chất tro

Rửa các nồi nung, sấy khô ở 550oC trong 1 giờ; Hút ẩm 1giờ trong bình hút ẩm;

Cân khối lượng mo của các nồi;

Cho mẫu đã phân tích độ ẩm vào nồi đã chuẩn bị rồi cân (m1); Đem nung ở 550oC trong 1giờ;

Hút ẩm 1giờ trong bình hút ẩm;

1 Nguồn: Wayne, 2001 m1 – m2

m1 – m0

Trang 8

Cân khối lượng cả mẫu và nồi sau hút ẩm (m2); Công thức tính lượng chất hữu cơ:

Lượng chất tro (tính theo %) được xác định theo công thức: A% = 100 – OM%

Nitrogen−Tổng Nitrogen−NH3

Chỉ tiêu N−organic được phân tích bằng phương pháp Kjeldahl: Cân khối lượng mẫu cho vào bình Kjeldahl đã rửa sạch tráng nước cất; Thêm 250 ml nước khử khoáng;

Thêm 50ml dung dịch hấp thu vào erlen đặt ở dưới;

Thêm 25 ml dung dịch Borat buffer + 3 giọt NaOH để nâng pH lên 9,5; Lắp vào lò Kieldal, bật lửa;

Nung cho tới khi dung dịch hấp thu trong erlen nâng lên 200 ml thì ngưng;

Lấy erlen chứa dung dịch hấp thu đi chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,02 N để xác định N-NH3, dung dịch từ màu xanh chuyển sang màu tím;

Thực hiện các bước tương tự cho mẫu 0 để đối chứng Công thức tính lượng N−NH3:

Trong đó, VH2SO4 : Thể tích H2SO4 0,02N dùng chuẩn độ; mmẫu : Khối lượng mẫu (theo khối lượng khô)

Lắp vào lò Kieldal, bật lửa;

Nung cho tới khi dung dịch hấp thu trong erlen nâng lên 200 ml thì ngưng;

Lấy erlen chứa dung dịch hấp thu đi chuẩn độ bằng dung dịch H2SO4 0,02 N, dung dịch từ màu xanh chuyển sang màu tím;

Thực hiện các bước tương tự cho mẫu 0 để đối chứng Công thức tính lượng N−organic:

N−NH3 (mg/kg) = (VH2SO4 mẫu – VH2SO4mẫu

0) x 280mmaãu

M% = m1 – m2m1 – m0

x 100%

Trang 9

Trong đó, VH2SO4 : Thể tích H2SO4 0,02N dùng chuẩn độ; mmẫu : Khối lượng mẫu (theo khối lượng khô)

Ngoài ra, sản phẩm khí được đo bằng hệ thống bình thong nhau để xác định lượng khí thu được và khí này cũng được xác định thành phần phần trăm hàm lượng CH4

Tỉ lệ C/N

Hàm lượng carbon có thể xác định theo phương trình sau:

% C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ 5500C trong 1 giờ Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy ở 5500C) sẽ có giá trị %C cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học

Hàm lượng carbon có thể xác định theo N-tổng: N- tổng = N-NH3 + N-org (Với mẫu rác)

%100

Trang 10

Hấp khử trùng ở 121 C, 1 atm trong 15 phút

Pha loãng mẫu ở các nồng độ 10-1, 10-2, 10-3:

Dùng pipet 10 ml hút 9 ml nước khử khoáng vô trùng vào từng ống nghiệm đã được đánh số từ 1 – 3 ứng với các mẫu cần pha loãng

Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 1 được mẫu pha loãng 10-1 Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 2 được mẫu pha loãng 10-2 Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 3 được mẫu pha loãng 10-3

Cấy vi sinh:

Dãy 1: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10-1 Dãy 2: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10-2 Dãy 3: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10-3

Dãy 4: 1 ống nghiệm làm mẫu 0

Kết quả dương tính là môi trường đục và có bọt khí trong ống Duham

Trang 11

3 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• Dựng và vận hành mô hình nghiên cứu sản xuất Biogas từ chất thải nông sản thực phẩm nhằm phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất biogas bao gồm: ¨ pH;

¨ Độ ẩm;

¨ Chất hữu cơ đầu vào và đầu ra;

¨ Tỉ lệ C/N và lượng vi sinh (Coliform và E.Coli) đầu vào và đầu ra;

¨ Tỷ lệ phối trộn giữa rác nông sản với các chất khác (bùn thải hầm cầu, và phân heo); ¨ Thể tích biogas sinh ra và tỷ lệ khí methane trong mẫu khí biogas

• Nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học của chất thải nông sản theo 3 giai đoạn, bao gồm: ¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản nguyên và có phối trộn với bùn hầm

cầu và phân heo theo tỉ lệ OMrácnôngsản: OMnguyênliệu phối trộn là 1:1;

¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản phối trộn với bùn hầm cầu và phân heo theo tỉ lệ OMrácnôngsản: OMnguyênliệu phối trộn là 2:1;

¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản phối trộn với bùn hầm cầu và phân heo theo tỉ lệ OMrácnôngsản: OMnguyênliệu phối trộn là 4:1

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

3.2.1 Kết Quả Nghiên Cứu Giai Đoạn 1 (01/3/2007 – 29/3/2007)

Trong giai đoạn này tiến hành nghiên cứu với vỏ thơm nguyên, vỏ sơ mít nguyên và có tiến hành phối trộn với bùn septic và phân heo theo tỉ lệ OMthơm : OMbùn/p.heo = 1:1 Ngoài ra còn vận hành mô hình bùn septic nguyên, phân heo nguyên để so sánh lượng khí sinh ra do bùn septic, phân heo nguyên và khi đem phối trộn với rác nông sản

Mô Hình Thí Nghiệm

− Ngày nạp liệu: 01/03/2007 − Thể tích mô hình: 45 lít

− Nguyên liệu chính: Vỏ thơm và vỏ sơ mít − Nguyên liệu phối trộn: Bùn septic và phân heo − Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

− Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 − Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1 − Mô hình 4: Phân heo + 7 lít nước

− Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước − Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

− Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 1:1 − Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 1:1

Trang 12

Bảng 3.1 Đặc tính của nguyên liệu nạp vào mô hình thí nghiệm giai đoạn 1

Thành phần Ðơn vị Bùn septic Phân heo Thơm Mít pH - 8,10 7,98 4,02 4,83 Độ ẩm% % 83,49 70,35 88,63 81,41

OM% % 48,7 46,97 94,46 77,64 C/N - 5,82 7,25 68,66 45,60

Bảng 3.2 Các thông số đầu vào của 8 mô hình thí nghiệm giai đoạn 1

Thành phần Ðơn vị MH1 MH2 MH3 MH4 MH5 MH6 MH7 MH8

pH ban đầu - 4,29 7,36 7,51 7,30 8,13 4,83 7,54 7,79 pH sau khi chỉnh - 7,08 - - - - 7,88 - - Tổng khối lượng nguyên liệu kg 11 12 12 6 6 11 10 11 Tỉ lệ OM (OMrác : OMphân/bùn) - 1:0 1:1 1:1 0:1 0:1 1:0 1:1 1:1 Khối lượng (kgrác : kgphân/bùn) - 11:0 5,0:7,0 7,5:4,5 0:6 0:12 11:0 4,6:5,4 6,5:4,5 % độ ẩm % 90,46 83,7 83,34 88,95 92,06 81,41 89,37 80,17

%CHC đầu vào (OMv) % 83,02 60,56 63,78 66,36 48,75 77,64 63,05 69,07 Khối lượng CHC đầu vào kg 0,87 1,18 1,28 0,44 0,23 1,59 0,67 1,5 Cacbon g 461,22 336,44 354,33 368,67 270,83 431,33 350,28 383,72

Bảng 3.4 Lượng NaOH rắn để điều chỉnh nâng 1 pH cho từng mô hình thí nghiệm giai đoạn 1

Thành phần Ðơn vị MH1 MH2 MH3 MH6 MH7 MH8

Khối lượng NaOH cho 10 g

mẫu để nâng 1 pH g 0,02 0,015 0,01 0,018 0,017 0,015 Khối lượng NaOH cho cả g 20 18 12 19,8 16,5 16,5

Trang 13

MH4 và MH5 có giá trị pH luôn cao hơn khoảng tối ưu nên phải châm acid H2SO4 1N với lượng tương ứng là 0,2 ml và 0,4 ml cho 1kg mẫu để giảm 1 pH hay 1,2 ml và 4,5 ml cho cả MH để giảm 1 pH

Kết Quả Và Thảo luận

Kết quả phân tích và theo dõi sự thay đổi pH, sự điều chỉnh pH, lượng khí sinh ra hàng ngày và lượng khí tích lũy của 8 mô hình giai đoạn 3 được thể hiện ở mục 1.1 trong phần Phụ Lục 1; kết quả phân tích độ ẩm và chất hữu cơ được thể hiện ở mục 2.1 trong phần Phụ Lục 2; kết quả phân tích tỉ lệ C/N được thể hiện ở mục 3.1 trong phần Phụ Lục 3;

Kết quả của giai đoạn này sẽ được tách ra thành 2 nhóm để thuận thiện cho việc phân tích so sánh kết quả:

Nhóm 1 (phân hủy vỏ trái thơm):

− Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

− Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 − Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1 − Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước

− Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Nhóm 2 (phân hủy vỏ sơ mít):

− Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước − Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước − Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

− Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 1:1 − Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 1:1

Phân tích kết quả của các MH thuộc nhóm 1(phân hủy vỏ trái thơm):

0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27 28 29

Thời gian vận hành (ngày)pH

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của các mô hình theo thời gian

Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1 Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước

Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Trang 14

Giá trị pH của cả 5 MH đều giảm mạnh trong 3 ngày đầu vận hành mặc dù đã liên tục kiểm tra để nâng pH đến mức tối ưu nhiều lần trong ngày ở giai đoạn này Điều này có thể giải thích là do trong những ngày đầu lượng chất hữu cơ dễ phân hủy có trong vật liệu nạp vào MH khá nhiều nên quá trình phân hủy xảy ra mạnh nên pH giảm mạnh Do đó việc kiểm tra và chỉnh pH thường xuyên trong khoảng thời gian đầu vận hành là rất quan trọng để đưa giá trị pH của MH về khoảng tối ưu Kể từ ngày vận hành thứ 4 trở đi thì pH của cả 5 MH đều đạt trong khoảng tối ưu (6,5-7,8) nên không phải chỉnh pH Do chỉ tốn NaOHrắn 3 ngày đầu vận hành để hiệu chỉnh pH cho cả 5 MH

123456789 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 24 25 29

Thời gian vận hành (ngày)Lượng khí (lít)

Hình 3.2 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Dựa vào đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra ở 5 MH không đều giữa các ngày Nhìn chung lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ ngày vận hành 9 đến 17 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:

− MH1: 48,55 lít/MH.ngày (55,80 lít/kgOMv.ngày hoặc 4,41 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành đầu tiên;

− MH2: 36,6 lít/MH.ngày (31,02 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,05 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 4;

− MH3: 42 lít/MH.ngày (32,81 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,50 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 3;

− MH4: 7,65 lít/MH.ngày (17,39 lít/kgOMv.ngày hoặc 1,28 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 8;

− MH5: 3,5 lít/MH.ngày (15,22 lít/kgOMv.ngày hoặc 0,58 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 18

Trang 15

0 ,0 01 ,0 02 ,0 03 ,0 04 ,0 05 ,0 06 ,0 07 ,0 08 ,0 0

123456789 1 1 1 2 1 3 1 4 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 4 2 5 2 9

T h ờ i g ia n v ậ n h à n h ( n g à y )L ư ợ n g k h í ( lít)

M H 1M H 2M H 3

Hình 3.3 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg thơm nguyên liệu của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1

Lượng khí sinh ra cực đại trên 1 kg thơm nguyên liệu của 3 MH đạt được: MH1: 4,41 lít/kg.ngày; MH1: 7,32 lít/kg.ngày; MH1: 5,60 lít/kg.ngày

0 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

Thời gian vận hành (ngày)Khí tích lũy (lít)

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Trang 16

0 ,0 05 ,0 01 0 ,0 01 5 ,0 02 0 ,0 02 5 ,0 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9

T h ờ i g ia n v ậ n h à n h ( n g à y )K h í tíc h lũ y ( lít)

M H 1M H 2M H 3

Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg thơm nguyên liệu của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1

Qua đồ thị ta thấy thơm khi phối trộn với bùn septic thì lượng khí tính trên 1 kg thơm nguyên cao hơn khi phối trộn với phân heo và khi không phốii trộn

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

Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OMphân hủy của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Sản lượng khí sinh học từ nghiên cứu trong giai đoạn này của các MH:

− MH1: 185,23 lít/kgOMv và 374,77 lít/kgOMphân hủy (16,84 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 153,56 lít/kgDMv)

− MH2: 118,73 lít/kgOMv và 341,71 lít/kgOMphân hủy (9,89 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 71,63 lít/kgDM )

Trang 17

Nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học từ rác nông sản thực phẩm còn mới nên chưa tìm thấy kết quả nghiên cứu trước nên ta so sánh kết quả đạt được với những nghiên cứu trước đây từ rác sinh hoạt như: 46,64 lít/kgOMv (Dương, 2005); 36,71 lít/kgOMv và 166,81 lít/kgOMphân hủy (Cường, 2006); 24,94 lít/kgDMv (Linh, 2005); 374 lít/kgDMv (An,1999); 600 lít/kgOMphân hủy (Samy, 2003); 360 lít/kgOMphân hủy (Masound, 1996); 550 lít/kgOMphân hủy (Taiganides, 1980) Từ đó có thể thấy, so với những nghiên cứu trong nước thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với những nghiên cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra trong giai đoạn này vẫn còn ít

Xét về tỉ lệ C/N của 4 mô hình giảm rõ rệt sau quá trình phân hủy kỵ khí Tỉ lệ C/N đầu vào và đầu ra của các mô hình được thể hiện tương ứng như sau:

− Mô hình 1 (Vỏ thơm + 5 lít nước): 68,66 và 28,95 giảm 57,84%;

− Mô hình 2 (Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1): 33,72 và 9,94 giảm 70,52%;

− Mô hình 3 (Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1): 29,13 và 9,56 giảm 67,18%;

− Mô hình 4 (Phân heo + 10 lít nước): 7,25 và 5,83 giảm 19,59%; − Mô hình 5 (Bùn septic + 7 lít nước): 5,82 và 5,40 giảm 7,22%

So sánh tỉ lệ C/N sản phẩm sau quá trình phân hủy của các mô hình được thể hiện như trên với tỉ lệ C/N của phân compost sau khi ổn định là < 17:1 (1), ta thấy sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng Chỉ có MH1 (Vỏ thơm + 5 lít nước) là C/N sau phân hủy còn cao 28,95 không thỏa tiêu chuẩn compost

Phân tích kết quả của các MH thuộc nhóm 2 (phân hủy vỏ sơ mít)

(1) Hòa, 2006

Trang 18

0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27

Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 1:1 Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 1:1

Giá trị pH của các MH có vỏ sơ mít (MH6, MH7, MH8) đều giảm trong 2 ngày đầu vận hành mặc dù đã liên tục kiểm tra để nâng pH đến mức tối ưu (2 lần trong ngày) Kể từ ngày vận hành thứ 3 trở đi thì pH của các MH có vỏ sơ mít giảm ít nhưng đều nằm trong khoảng tối ưu nên việc chỉnh pH sẽ không cần thiết Điều này được giải thích tương tự như những giai đoạn trước

Hình 3.8 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước

Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

Dựa vào các đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra ở 5 MH không đều giữa các ngày Nhìn chung lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ ngày vận hành 9 đến 17 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:

Trang 19

− MH4: 7,65lít/MH.ngày (17,39 lít/kgOMv.ngày hoặc 1,28 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 8;

− MH5: 3,5lít/MH.ngày (15,22 lít/kgOMv.ngày hoặc 0,58 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 18;

− MH6: 41,1lít/MH.ngày (25,85 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,74lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 4;

− MH7: 47,0lít/MH.ngày (70,15lít/kgOMv.ngày hoặc 4,70lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt vào ngày vận hành thứ 5;

− MH8: 41,5lít/MH.ngày (27,67lít/kgOMv.ngày hoặc 3,77lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt vào ngày vận hành đầu tiên

Ở giai đoạn khoảng 8 ngày đầu tốc độ sinh khí đạt giá trị là lớn nhất và giảm dần sau đó ở MH7, MH8, MH6, MH4 (trừ MH5) Chứng tỏ trong các MH tồn tại một lượng chất hữu cơ dễ phân hủy, các vi sinh vật tiêu thụ nhanh và sinh khí nhiều Sau đó lượng khí giảm dần là do quá trình thủy phân và acide hóa nhanh làm tích tụ acide hữu cơ làm giá trị pH giảm mạnh như đã phân tích ở trên làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn methane hóa Kết quả là lượng khí sinh ra ít hơn sau 8 ngày đầu Kết quả ở MH5 (bùn septic) có thể được giải thích là do bùn septic được lấy về đã lâu nên vi sinh vật bị chết hay giảm số lượng, đồng thời một phần chất hữu cơ bị phân hủy hiếu khí trước đó nên lượng khí sinh ra ít Tỷ lệ lượng khí sinh ra ở 4 MH trong 8 ngày đầu so với tổng lượng khí tích lũy MH4: 35,88%; MH5: 3,37%; MH6: 7,03%; MH7: 66,20%; MH8: 80,84%;

Thời gian sinh khí sinh học của 5 MH là 29 ngày Thời gian này rất ít so với nghiên cứu của Nhật, 2005 là 51 ngày Ðiều này là do nguyên liệu đầu vào được điều chỉnh pH đến khoảng tối ưu (6,5 − 7,8), và trong suốt quá trình vận hành pH cũng được đo và điều chỉnh nhằm đảm bảo cho vi sinh vật luôn trong môi trường thuận lợi Mặt khác, khuấy trộn thường xuyên và kích thước chất thải rắn được cắt nhỏ đến kích thước thích hợp cũng làm cho quá trình phân hủy xảy ra nhanh hơn

0 ,0 01 ,0 02 ,0 03 ,0 04 ,0 05 ,0 06 ,0 07 ,0 0

M H 6M H 7M H 8

Hình 3.9 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg mít nguyên liệu của các mô hình theo thời gian Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

Lượng khí sinh ra cực đại trên 1 kg mít nguyên liệu của 3 MH đạt được: MH6: 3,74 lít/kg.ngày; MH7: 0,85 lít/kg.ngày; MH8: 6,38 lít/kg.ngày

Trang 20

0 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

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước

0 ,0 02 ,0 04 ,0 06 ,0 08 ,0 01 0 ,0 01 2 ,0 01 4 ,0 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0

T h ờ i g ia n v ậ n h à n h ( n g à y )K h í tíc h lũ y ( lít)

M H 6M H 7M H 8

Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg mít nguyên liệu của các mô hình theo thời gian Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

Qua đồ thị ta thấy mít khi phối trộn với phân heo thì lượng khí tính trên 1 kg mít nguyên cao hơn khi phối trộn với bùn septic và khi không phối trộn

Trang 21

0 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

Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OMphân hủy của các mô hình theo thời gian Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước

Sản lượng khí sinh học từ nghiên cứu trong giai đoạn này của các MH:

− MH6: 120,75 lít/kgOMv và 184,62 lít/kgOMphân hủy (10,98 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 93,89lít/kgDMv)

− MH7: 165,82lít/kgOMv và 264,52 lít/kgOMphân hủy (11,11 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 104,52 lít/kgDMv)

Lượng khí tích lũy trên 1 kg OMthơm/mít phân hủy của các mô hình của giai đoạn 1 sau 29 ngày vận hành:Mô hình MH1 MH2 MH3 MH6 MH7 MH8

Lượng khí

(lít/kgOMphân hủy) 374,77 535,1 379,16 184,62 464,54 328,38

Trang 22

01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0

C á c m ô h ìn hL ư ợ n g k h í ( lít)

M H 1M H 2M H 3M H 6M H 7M H 8

Hình 3.13 Biểu đồ lượng khí tích lũy trên 1 kg OMthơm/mít phân hủy của các mô hình sau 29 ngày vận hành Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước

Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 1:1 Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 1:1 Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước

Mô hình 7: Vỏ sơ mít + phân heo +7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 1:1 Mô hình 8: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 1:1

Qua đồ thị trên ta thấy với tỉ lệ phối trộn 1:1 thì vỏ thơm khi phối trộn với bùn septic cho kết quả tốt nhất, còn vỏ sơ mít khi phối trộn với phân heo thì cho kết quả tốt nhất

− Mô hình 4 (Phân heo + 10lít nước): 7,25 và 5,83 giảm 19,59%; − Mô hình 5 (Bùn septic + 7lít nước): 5,82 và 5,40 giảm 7,22% − Mô hình 6 (Vỏ mít + 7lít nước): 45,6 và 15,63 giảm 65,72%;

− Mô hình 7 (Vỏ mít + bùn septic + 7lít nước, tỉ lệ OMmít : OMseptic = 1:1): 27,66 và 9,56 giảm 65,43%;

− Mô hình 8 (Vỏ mít + phân heo + 7lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 1:1): 27,63 và 10,24 giảm 62,94%

So sánh tỉ lệ C/N sản phẩm sau quá trình phân hủy của các mô hình được thể hiện như trên với tỉ lệ C/N của phân compost sau khi ổn định là < 17:1, ta thấy sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng

Trang 23

− Lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ ngày vận hành 9 đến 17 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau;

− Kết quả lượng khí sinh ra trong giai đoạn này so với những nghiên cứu trong nước với nguyên liệu là chất thải rắn sinh hoạt thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với những nghiên cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra vẫn còn ít

− Lượng khí sinh ra tính trên 1 kg OMphân hủy của các MH thơm có phối trộn thì cho kết quả cao hơn so với MH thơm không phối trộn;

− Sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí ở giai đoạn này hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng;

− Tiếp tục tiến hành phối trộn vỏ thơm và vỏ mít với nguyên liệu phối trộn là bùn septic và phân heo với tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 2:1

Trong giai đoạn này tiếp tục nghiên cứu với vỏ thơm và vỏ sơ mít nhưng tiến hành phối trộn với bùn septic và phân heo theo tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 2:1 nhằm tìm ra tỉ lệ phối trộn tối ưu

− Nguyên liệu chính: Vỏ thơm và vỏ sơ mít − Nguyên liệu phối trộn: Bùn septic và phân heo

− Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 2:1 − Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 2:1 − Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 2:1 − Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 2:1

Bảng 3.5 Đặc tính của nguyên liệu nạp vào mô hình thí nghiệm giai đoạn 2

Thành phần Ðơn vị Bùn septic Phân heo Thơm Mít pH - 8,10 7,98 4,02 4,83 Độ ẩm % 83,49 70,35 88,63 81,41

OM % 48,7 46,97 94,46 77,64 C/N - 5,82 7,25 68,66 45,60 Coliform (MNP/100ml) 9.109 4.1010 3.104 3.104

Tỉ lệ OM (OMrác : OMphân/bùn) - 2:1 2:1 2:1 2:1 Khối lượng (kgrác : kgphân/bùn) kg 6,6:4,4 7,9:3,1 5,8:5,2 7,2:3,8

% độ ẩm % 89,57 89,26 88,67 91,21 %DM % 10,43 10,74 11,33 8,79

Trang 24

%CHC đầu vào (OMv) % 65,75 83,48 66,36 83,67 Khối lượng CHC đầu vào kg 0,75 0,99 0,83 0,81

Tỉ lệ C/N - 26,61 23,73 25,2 19,34

Cacbon g 365,28 463,78 368,67 464,83 Nitơ-Tổng g 13,73 19,54 14,63 24,04 Coliform (MNP/100ml) 3.107 15.108 11.109 11.109

%CHC đầu ra (OMr) % 55,31 71,57 57,94 67,7 Khối lượng CHC đầu ra kg 0,47 0,51 0,57 0,46

%CHC phân hủy(OMph) % 37,98 48,75 30,49 43,66

Cacbon g 307,30 397,60 321,90 376,09 Nitơ-Tổng g 33,71 43,64 32,43 64,10 Tỉ lệ C/N - 9,12 9,11 9,93 5,87

Coliform (MNP/100ml) 11.104 21.102 11.104 11.104E.Coli (MNP/100ml) 30 30 30 430

Kết quả phân tích và theo dõi sự thay đổi pH, sự điều chỉnh pH, lượng khí sinh ra, lượng khí tích lũy của 4 mô hình giai đoạn 4 được thể hiện ở mục 1.2 trong phần Phụ Lục1; kết quả phân tích độ ẩm và chất hữu cơ được thể hiện ở mục 2.2 trong phần Phụ Lục 2; kết quả phân tích xác định tỉ lệ C/N được thể hiện ở mục 3.2 trong phần Phụ Lục 3; kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh được thể hiện ở mục 4.1 trong phần Phụ Lục 4; kết quả phân tích tỉ lệ khí methane có trong khí sinh học được thể hiện trong phần Phụ Lục 5

Trang 25

0 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 29 30 31

Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 2:1 Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 2:1 Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 2:1 Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 2:1

Tương tự như những giai đoạn trước giá trị pH của cả 4 MH trong 4 ngày đầu vận thì hành ngày hôm sau luôn giảm thấp hơn mức tối ưu đã được hiệu chỉnh của ngày hôm trước

Từ ngày thứ 5 trở đi pH tương đối ổn định, riêng pH của MH1 và MH3 giai đoạn cuối (5 ngày cuối) lại tăng lên Điều này được giải thích là do giai đoạn cuối quá trình phân hủy đã giảm đến mức thấp nhất và các nguyên liệu chính là vỏ thơm và vỏ sơ mít không còn nữa nên quá trình acid hoá không xảy ra Đồng thời bản thân bùn septic có pH khá cao (7,5 – 8,3) nên pH của các MH có phối trộn với bùn septic trong giai đoạn cuối pH tăng cao Đồng thời có sự chuyển hóa NH3 thành NH4+ sinh ra OH- làm pH tăng cao

Phương trình chuyển hóa: NH3 + H2O NH4+ + OH

Hình 3.15 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian

Trang 26

Dựa vào các đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra cực ở 4 MH không đều giữa các ngày kết quả này cũng giống với giai đoạn trước Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:

− MH1: 37,7 lít/MH.ngày (50,27 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,43 lít/kg nguyên liệu ướt.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 3;

− MH2: 29,5 lít/MH.ngày (29,80 lít/kgOMv.ngày hoặc 2,68 lít/kg nguyên liệu ướt.ngày) đạt được vào ngày vận hành đầu tiên;

− MH3: 22,7 lít/MH.ngày (27,35 lít/kgOMv.ngày hoặc 2,06 lít/kg nguyên liệu ướt.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 3;

− MH4: 41,5 lít/MH.ngày (51,23 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,77 lít/kg nguyên liệu ướt.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 2

Cũng tương tự giai đoạn 1, lượng khí sinh ra vào những ngày cuối (7 ngày) là đáng kể Nhóm đã chủ động kéo dài thời gian vận hành đến 31 ngày để thu hết lượng khí sinh ra do phân hủy các chất hữu cơ khó phân hủy Phần trăm lượng khí sinh ra ở giai đoạn 7 ngày vận hành cuối của các MH tương ứng là:

− MH1: 21,75 lít/MH/7ngày cuối chiếm 15,81% lượng khí toàn MH; − MH2: 20,55 lít/MH/7ngày cuối chiếm 18,96% lượng khí toàn MH; − MH3: 17,7 lít/MH/7ngày cuối chiếm 16,94% lượng khí toàn MH; − MH4: 13,00 lít/MH/7ngày cuối chiếm 8,89% lượng khí toàn MH

0 ,0 01 ,0 02 ,0 03 ,0 04 ,0 05 ,0 06 ,0 07 ,0 0

M H 1M H 2M H 3M H 4

Hình 3.16 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg thơm/mít nguyên liệu của các mô hình theo thời

gian

Trang 27

0 ,0 05 ,0 01 0 ,0 01 5 ,0 02 0 ,0 02 5 ,0 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1

Hình 3.17 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg thơm/mít nguyên liệu của các mô hình theo thời

gian

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

Hình 3.18 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OMphân hủy của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 2:1

Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 2:1 Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 2:1 Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 2:1

Sản lượng khí sinh học từ 4 MH nghiên cứu trong giai đoạn 4 như sau:

− MH1: 183,47 lít/kgOMv và 474,48 lít/kgOMphân hủy (12,51 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 119,65 lít/kgDMv);

Trang 28

Lượng khí tích lũy trên 1 kg OMthơm/mít phân hủy của các mô hình của giai đoạn 2 sau 31 ngày vận hành:Mô hình MH1 MH2 MH3 MH4

Lượng khí

(lít/kgOMphân hủy) 635,12 215,43 550,82 502,25

01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0

c á c m ôh ìn hL ư ợ n g k h í ( lít)

Hình 3.19 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OM thơm/mít phân hủy của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 2:1

So sánh kết quả đạt được với những nghiên cứu khác từ rác sinh hoạt như đã trình bày ở giai đoạn 1 ta thấy, so với những nghiên cứu trong nước thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với những nghiên cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra trong giai đoạn này vẫn còn ít hơn Sau quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ hàm lượng vi sinh vật giảm đáng kể Hiệu quả xử lý của Coliform và E.Coli của các mô hình tương ứng là:

− Mô hình 1: 99,6333% và 99,9999%; − Mô hình 2: 99,9998% và 99,9999%; − Mô hình 3: 99,9990% và 99,9982%; − Mô hình 4: 99,9990% và 99,9985%

Với hàm lượng Coliform và E.Coli đầu ra của các mô hình tương ứng là:

− MH1: 11.104 MNP/100ml và 30 MNP/100ml (hoặc 1100 MNP/g và 0,3 E.Coli/g); − MH2: 21.102 MNP/100ml và 30 MNP/100ml(hoặc 21 MNP/g và 0,3 E.Coli/g);

− MH3: 11.104 MNP/100ml và 30 MNP/100ml (hoặc 1100 MNP/g và 0,3 E.Coli/g);

− MH4: 11.104 MNP/100mlvà 430 MNP/100ml (hoặc 1100 MNP/g và 4,3 E.Coli/g).

Bảng 3.9 Tiêu chuẩn vi sinh của phân compost từ rác sinh hoạt

E.Coli E.Coli/g <3

Trang 29

So sánh với tiêu chuẩn vi sinh của phân compost từ rác sinh hoạt sau khi đã ổn định, ta thấy hàm lượng Coliform và E.Coli đầu ra của các mô hình gần bằng tiêu chuẩn vi sinh của compost từ rác sinh hoạt, do đó sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng

− Mô hình 1: 26,61 và 9,12 tương ứng giảm 65,7%; − Mô hình 2: 23,73 và 9,11 tương ứng giảm 61,6%; − Mô hình 3: 25,20 và 9,93 tương ứng giảm 60,5%; − Mô hình 4: 19,34 và 5,87 tương ứng giảm 69,7%;

Sự khác nhau của tỉ lệ C/N đầu ra thấp hơn đầu vào chứng tỏ phần trăm phân hủy cacbon và nitơ khác nhau Cụ thể là cacbon sau quá trình phân hủy kỵ khí giảm (MH1: 15,87%, MH2: 14,27%, MH3: 12,68%, MH4: 19,09%) còn nitơ sau quá trình phân hủy kỵ khí lại tăng lên (MH1: 59,29%, MH2: 55,22%, MH3: 54,89%, MH4: 62,5%) Kết quả là tỉ lệ C/N sau quá trình phân hủy kỵ khí giảm

So sánh tỉ lệ C/N sản phẩm sau quá trình phân hủy của các mô hình được thể hiện như trên với tỉ lệ C/N của phân compost sau khi ổn định là < 17:1, ta thấy sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng

− Lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ ngày vận hành 9 đến 24 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH (7 ngày) Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau;

− Kết quả lượng khí sinh ra trong giai đoạn này so với những nghiên cứu trong nước với nguyên liệu là chất thải rắn sinh hoạt thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với những nghiên cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra còn ít;

− Lượng khí sinh ra tính trên 1 kg khối lượng nguyên liệu ướt, 1 kg DMv, 1 kg OMv và 1 kg OMphân hủy của các MH trong giai đoạn này (phối trộn với tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 2:1) cho kết quả cao hơn so với các MH không phối trộn cũng như các MH có phối trộn với bùn septic và phân heo với tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 1:1;

− Sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí ở giai đoạn này hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N và chỉ tiêu vi sinh gần bằng nên thích hợp để sử dụng làm phân bón trực tiếp cho cây trồng;

− Tiếp tục tiến hành phối trộn vỏ thơm và vỏ mít với nguyên liệu phối trộn là bùn septic và phân heo với tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 4:1 nhằm tìm ra tỉ lệ phối trộn tối ưu nhất

Trong giai đoạn này tiếp tục nghiên cứu với vỏ thơm và vỏ sơ mít nhưng tiến hành phối trộn với bùn septic và phân heo theo tỉ lệ OMrác : OMbùn/phân = 4:1 nhằm tìm ra tỉ lệ phối trộn tối ưu

Trang 30

− Nguyên liệu chính: Vỏ thơm và vỏ sơ mít − Nguyên liệu phối trộn: Bùn septic và phân heo

− Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 4:1 − Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMphân heo = 4:1 − Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMbùn = 4:1 − Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OMmít : OMphân heo = 4:1

Bảng 3.10 Đặc tính của nguyên liệu nạp vào các mô hình thí nghiệm giai đoạn 3

Thành phần Ðơn vị Bùn septic Phân heo Thơm Mít pH - 8,10 7,98 4,02 4,83 Độ ẩm % 83,49 70,35 88,63 81,41

OM % 48,7 46,97 94,46 77,64 C/N - 5,82 7,25 68,66 45,60 Coliform (MNP/100ml) 9.109 4.1010 3.104 3.104

Tổng khối lượng nguyên liệu kg 10 10 8 8

Tỉ lệ OM (OMrác : OMphân/bùn) - 4:1 4:1 4:1 4:1 Khối lượng (kgrác : kgphân/bùn) kg 7,5:2,5 8,4:1,6 5,5:2,5 6,3:1,7 % độ ẩm % 90,13 90,06 89,27 88,24

%DM % 9,87 9,94 10,73 11,76 %CHC đầu vào (OMv) % 64,29 74,72 78,54 74,74

Khối lượng CHC đầu vào kg 0,63 0,74 0,67 0,70

Cacbon g 357,17 415,11 436,33 415,22 Nitơ-Tổng g 10,31 11,52 15,38 9,49

Tỉ lệ C/N - 34,64 36,05 28,37 43,75 Coliform (MNP/100ml) 3.107 7.107 3.107 11.109

nâng 1 pH g 20,00 25,2 12,5 16,5

Trang 31

Bảng 3.13 Các thông số đầu ra của 4 mô hình thí nghiệm giai đoạn 3 sau 31 ngày vận hành

Thành phần Ðơn vị MH1 MH2 MH3 MH4

pH - 6,48 6,33 6,85 6,67

% Độ ẩm % 92,98 92,50 92,47 90,31 %DM % 7,02 7,50 7,53 9,69

%CHC đầu ra (OMr) % 58,73 64,00 59,53 68,27 Khối lượng CHC đầu ra kg 0,41 0,48 0,36 0,53

%CHC phân hủy(OMph) % 34,56 35,14 46,48 24,40

Cacbon g 326,28 355,56 330,72 379,28 Nitơ-Tổng g 21,02 19,10 19,70 17,13 Tỉ lệ C/N - 15,53 18,61 16,79 22,14

Coliform (MNP/100ml) 4.104 3.104 210.104 3.104

E.Coli (MNP/100ml) 4.103 3.103 11.103 4.103

Kết quả phân tích và theo dõi sự thay đổi pH, sự điều chỉnh pH, lượng khí sinh ra, lượng khí tích lũy của 4 mô hình giai đoạn 5 được thể hiện ở mục 1.3 trong phần Phụ Lục1; kết quả phân tích độ ẩm và chất hữu cơ được thể hiện ở mục 2.3 trong phần Phụ Lục 2; kết quả phân tích xác định tỉ lệ C/N được thể hiện ở mục 3.3 trong phần Phụ Lục 3; kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh được thể hiện ở mục 4.2 trong phần Phụ Lục 4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 20 21 22 23 24 25 27 28 29 30 31

Tương tự như những giai đoạn trước giá trị pH của cả 4 MH trong 3 ngày đầu vận thì hành ngày hôm sau luôn giảm thấp hơn mức tối ưu đã được hiệu chỉnh của ngày hôm trước Giá trị pH ở các ngày vận hành thứ 4, 5, 6 có giá trị tăng cao là do sự tích tụ xút được thêm vào ở những ngày trước Từ ngày thứ 7 trở đi pH tương đối ổn định và đạt trong khoảng pH tối ưu (6,5 – 7,8)

Trang 32

Hình 3.21 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian

Dựa vào các đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra cực đại ở 4 MH không đều giữa các ngày, kết quả này cũng giống với giai đoạn trước Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:

− MH4: 9,30 lít/MH.ngày (13,29 lít/kgOMv.ngày hoặc 1,16 lít/kg nguyên liệu ướt.ngày) đạt được vào ngày vận hành thứ 9

Nhìn chung ở giai đoạn này lượng khí sinh ra nhiều ở 6 ngày đầu vận hành (trừ MH4) Từ ngày vận hành thứ 7 đến 24 lượng khí có sinh ra nhưng rất ít, chỉ có MH4 đạt cực đại vào ngày vận hành thứ 9 (9,30 lít/MH.ngày) Từ ngày vận hành thứ 25 đến 32 lượng khí ở tất cả các MH sinh ra đều hơn ở mỗi ngày, nhưng lượng khí cũng không nhiều

Trang 33

0 ,0 01 ,0 02 ,0 03 ,0 04 ,0 05 ,0 06 ,0 0

Hình 3.22 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg thơm/mít nguyên liệu của các mô hình theo thời

gian

0 ,0 02 ,0 04 ,0 06 ,0 08 ,0 01 0 ,0 01 2 ,0 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1

Hình 3.23 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg thơm/mít nguyên liệu các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 4:1

Trang 34

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

Hình 3.24 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OMphân hủy của các mô hình theo thời gian Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OMthơm : OMbùn = 4:1

Sản lượng khí sinh học từ 4 MH nghiên cứu trong giai đoạn 4 như sau:

Lượng khí tích lũy trên 1 kg OMthơm/mít phân hủy của các mô hình ở giai đoạn 3 sau 31 ngày vận hành:Mô hình MH1 MH2 MH3 MH4

Lượng khí

(lít/kgOMphân hủy) 339,48 395,48 173,63 280,63