-Nhiệtkế,máy đo pH,máy đo khíGA94,tủ sấy. -Hóa chất
+ Vô cơ hóa mẫu:
Sulfuric acid 95% (d = 1,84 g/mL).
Hydrogen peroxide 30%,salicylic acid (bột).
Hỗn hợp chấtdùng oxy hóa mẫu:cho 18 mL nước cấtvào bình tam giác 250 mL,thêm từ từ 100 mL acid sulfuric 95% (d = 1,84 g/mL),sau đó hòa tan 6 g acid salicylic.
+ Xác định N tổng số:
NaOH 12,5 mol/L:Hòa tan 250 g NaOH trong khoảng 400 mL nước cất,để nguộivà lên thể tích 500 mL bằng nước cất.
Dung dịch acid sulfuric chuẩn 0,1 N
Thuốc thử:0,15 g bromocresolgreen + 0,1 g methylred trong 200 mL ethanol 96%.
Dung dịch acid boric:Hòa tan 10g boric acid HBO trong 1litnước cất.
Nguyên liệu VCK VCT C/N
Phân heo 0,39 1,5 15/1
Bèo taitượng 0,87 8,5 24/1
Phân heo và bèo taitượng 1,26 10 20/1
3.3.2 Phương pháp thu mẫu
a.Phương pháp thu phân heo
Phân heo được thu mỗingày từ 6-7 giờ sáng trước khichuồng được rửa. b.Phương pháp thu bèo
Bèo được thu mỗingày khoảng từ 8-9 giờ sáng. c.Phương pháp xác định tổng khí
Lượng khísinh ra được đo bằng đồng hồ đo khíRITTER (Đức).Từ ngày thứ 16 trở đivào lúc 8h mỗingày,khítrong túiủ và túichứa khíđược máy bơm khíđưa qua đồng hồ RITTER,thể tích khísinh ra được thể hiện trên đồng hồ ở mỗilần đo. Máy bơm khíhiệu Resun hoạtđộng ở áp suất0,02 Mpa (ACO – 001,hiệu điện thế 220V,tần số 50 Hz,công suất18W).
d.Phương pháp thu và xác định mẫu khí
Sử dụng túibạc thu mẫu khílúc 10h vào các ngày 16,23 và 30 sau nạp để xác định thành phần khí.
Thành phần khíđo bao gồm:CH4,CO2và khíkhác (H2S,NH3,H2,N2,…)
Hình 3.2:Máy đo thành phần khí(CH4,CO2,H2S)GA94
3.3.3 Phương pháp phân tích vậtliệu nạp
a.Phương pháp phân tích ẩm độ
Cho mẫu vào bọc giấy (có cân trước)sấy ở nhiệtđộ 105oC đến khitrọng lượng không đổi. Sau đó đem cân xác định trọng lượng và tính phần trăm ẩm độ theo công thức sau:
Trong đó:
M:Ẩm độ (%)
a:Trọng lượng ban đầu của mẫu (g) b:Trọng lượng mẫu sau khisấy (g)
b.Phương pháp phân tích C/N (tổng Carbon/tổng Nitơ)
-Phương pháp xác định tổng Carbon:Phương pháp tro hóa
Tráng cốc sành bằng nước cất,cho vào tủ sấy ở 105oC trong mộtgiờ,lấy cốc ra để nguộitrong bình hútẩm 30 phút,cân cốc ta được trọng lượng P1.Cho mẫu đã sấy vào cốc,cân được trọng lượng P.Đem mẫu nung ở 550oC trong 3 giờ.Sau đó, cho vào bình hútẩm 30 phút,đem cân được trọng lượng P2.% tro được tính theo công thức:
Trong đó:
W = P – P1 (trọng lượng mẫu,g)
P:Trọng lượng mẫu và cốc trước khinung (g) P1:Trọng lượng cốc nung (g)
P2:Trọng lượng mẫu và cốc sau khinung (g)
Theo Lê Hoàng Việt(1998),với khoảng sai số từ 2% – 10% thìcông thức sau đây có thể được áp dụng để tính %C của nguyên liệu:
-Phương pháp phân tích tổng Nitơ (phương pháp Kjeldahl) + Vô cơ hóa mẫu
Cân 300 g mẫu thực vậtvào bình tam giác 100 mL chịu nhiệt.Thêm 3.3 mL hỗn hộp oxy hóa mẫu,lắc nhẹ cho đến khimẫu cây thấm đều,dùng giấy bạc đậy lại
P2 – P1 W * 100 % Tro = 100 -% Tro 1.8 %C = a -b a * 100 M =
Đốtnóng mẫu trên bếp điện ở nhiệtđộ 180oC trong khoảng 1 giờ,để nguội và thêm 5 giọtH2O2và tiếp tục đun nóng từ 5 – 10 phútnữa cho đến khixuấthiện khóitrắng.Lập lạitiến trình này đến khimẫu 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 50 mL, dùng nước cất tráng bình nhiều lần để tất cả mẫu đều được 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 chỉtiêu N,Ca,K,Mg,Mn,Na,P,Zn.
+ Chưng cấtmẫu chuẩn
Lấy 10 mL H3BO3 với 10 giọt thuốc thử vào bình tam giác 250 mL. Gắn bình tam giác vào dàn chưng đạm.
Pipet5 mL dung dịch chuẩn vào trong bình Kjeldahl.Thêm 2 mL NaOH và nước cấtđến thể tích khoảng 20 mL.Mở khóa cho hơinóng vào dàn Kjeldahl,tiến hành chưng cấtN.
Hứng NH4OH vào bình tam giác đến khiđạtkhoảng 100 mL.
Lấy bình ra khỏidàn chưng N,dùng H2SO40,1 N chuẩn độ đến khixuấthiện màu tím đỏ nhạt.Thực hiện như trên vớimẫu thử không có N.
+ Chưng cấtmẫu cây
Pipet5 mL dung dịch đã vô cơ hóa vào bình Kjeldahl.
Thêm 2 mL NaOH và nước cấtđến khiđạtthể tích khoảng 20 mL. Tiến hành chưng cấtvà chuẩn độ như vớimẫu chuẩn và mẫu thử không. Phần trăm Nitơ tổng được tình theo công thức sau:
Trong đó:
%N:Phần trăm Nitơ tổng (%)
V’:Thể tích H2SO4 dùng trong định phân có mẫu (mL) V:Thể tích H2SO4 dùng trong định phân mẫu trắng (mL) CN:Nồng độ đương lượng của H2SO4 dùng trong định phân (N) W:Trọng lượng mẫu (g)
H:hệ số pha loãng
[(V – V’)* CN* 0.014]*100*H %N =
3.4 Bố tríthínghiệm
Thínghiệm được bố trítheo khốihoàn toàn ngẫu nhiên vớihainghiệm thức khác nhau (hình 3.3).
Nghiệm thức thứ nhất(đốichứng):nguyên liệu nạp là phân heo (10 kg). Nghiệm thức thứ hai:nguyên liệu nạp là phân heo và bèo taitượng.Hỗn hợp nạp cho túiủ là 10kg bao gồm 8,5 kg bèo taitượng và 1,5 kg phân heo.
Mỗinghiệm thức được lặp lại3 lần đảm bảo độ tin cậy của thínghiệm.Mỗi lần lặp lạisẽ kéo dàitrong 30 ngày.Hàng ngày các túiủ được nạp nguyên liệu vào cùng mộtthờiđiểm.
Để đạtđược thể tích nước trong túiủ phù hợp cho quá trình sinh khí,khibắt đầu nạp nguyên liệu,haitúiủ được cung cấp 240 L nước sông và 120 L nước thải từ túiủ biogas của nông hộ.
.
Hình 3.3:Sơ đồ bố tríthínghiệm 3.5 Phương pháp xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm MicrosoftExcel2003 để vẽ đồ thị.
Sử dụng phần mềm SPSS để phân tích thống kê,phép thử T-testđược dùng Sử dụng 2,9 kg
(VCK)phân heo lứa
Thínghiệm
Nghiệm thức 1
Sử dụng phân heo lứa (20 – 40 kg thể trọng)
Nghiệm thức 2
Sử dụng phân heo lứa (20 – 40 kg thể trọng) và bèo taitượng Sử dụng 0,39 kg (VCK)phân heo lứa Sử dụng 0,87 kg (VCK)bèo tai tượng
CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ THẢO LUẬN 4.1 Kếtquả phân tích nguyên liệu dùng trong thínghiệm
Bảng 4.1 Đặc tính hóa học của phân heo và bèo taitượng
Kếtquả trình bày trong bảng 4.1 cho thấy,ẩm độ của phân heo dùng trong thínghiệm khoảng 71%.Kếtquả ẩm độ phân heo của đề tàiphù hợp vớinghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2010)là 65 -80% trọng lượng tươicủa phân.Tỉlệ C/N phân heo là 15/1 cao hơn so vớinghiên cứu của Nguyễn Quang Khải(2001)là từ 12 – 13.Tỉlệ C/N của phân các loàikhác nhau thìkhác nhau và ngay trong cùng mộtloàithìtỷ lệ này cũng rấtkhác nhau.Phụ thuộc vào giống,độ tuổi,giaiđoạn pháttriển,khẩu phần, sức khỏe,thờitiếtvà lượng nước tiêu dùng có thể có được (Trương Thanh Cảnh,2010).
Theo Lê Hoàng Việt(1998),cơ thể thủy sinh thực vậtchứa mộthàm lượng nước khá cao từ 85 – 95% trọng lượng cơ thể và biến thiên từ 90% – 95% đốivới thuỷ sinh thực vậtsống trôinổi.Qua kếtquả bảng 4.1,thìẩm độ của bèo taitượng trước khiủ khoảng 90% là phù hợp vớinghiên cứu của Lê Hoàng Việt(1998).Tỉlệ C/N của bèo taitượng (24/1)trong khoảng thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khílà C/N từ 25/1 -30/1 (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn ThịThùy Dương,2003).
Nguyên liệu thực vật thường có lớp vỏ cứng rất khó bị phân giải (Nguyễn Lân Dũng,2010).Do vậy phảichặtnhỏ,đập dập và ủ trước khinạp vào túiủ để phá vỡ lớp vỏ cứng của nguyên liệu và tăng bề mặtcho vikhuẩn dễ phân hủy.Vìvậy, bèo taitượng được băm nhỏ khoảng 1cm và được ủ với20% nước thảibiogas trong 2 ngày để làm chúng mục nátmộtphần và thúc đẩy quá trình sinh khítrong túiủ diễn ra nhanh hơn.
Nguyên liệu Ẩm độ(%) C(%) N(%) C/N
Phân heo 71 42 2,8 15/1
Bèo taitượng 90 43 1,8 24/1
Sau haingày ủ bèo taitượng với20% nước thảibiogas trong điều kiện yếm khí, đã làm ẩm độ tăng từ 90% lên 93%. Bên cạnh đó, tổng cacbon giảm từ 43% còn 41%,nguyên nhân do hoạtđộng của các vikhuẩn và các phản ứng thủy phân trong giaiđoạn này biến đổicác protein thành các amino acid,carbohydrate thành các đường đơn,chấtbéo thành các acid béo chuỗidài(Lê Hoàng Việt,1998).Mặc khác,tổng đạm lạităng cao 1,26 lần đã kéo tỉlệ C/N của bèo taitượng sau ủ giảm mạnh.
Bảng 4.2Kếtquả lý,hóa của nước thảitúiủ biogas và nước sông
Ghichú:TN:tổng đạm (mg/L)
Chấtmồi:hỗn hợp nước sông và nước thảibiogas theo tỉlệ 2:1
Kết quả bảng 4.2cho thấy pH của nước sông và nước thải biogas trong khoảng 6,6 đến 7,6 phù hợp cho sự sinh trưởng và pháttriển của vikhuẩn sinh khí methane.Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997)thìđiều kiện pH tốiưu để các visinh vậtyếm khíhoạtđộng là 7,2 đến 7,5 trong khingưỡng hoạtđộng tốt là 6,6 – 7,6. Do vậy, khi sử dụng nguồn nước thải biogas làm chất mồi cho các nghiệm thức trong thínghiệm sẽ góp phần thúc đẩy quá trình sinh khídiễn ra nhanh hơn.
Tổng đạm của nước thảibiogas dao động trong khoảng 152 – 157 mg/L và tổng đạm của chấtmồidao động từ 49 – 56 mg/L phù hợp vớinghiên cứu của Lê Trần Thanh Liêm (2010)là 159 – 399 và 53 – 129 mg/L tương ứng.
Lập lại1 Lập lại2 Lập lại3 Nguyên liệu
pH TN pH TN pH TN
Nước thảibiogas 6,8 157,2 6,8 152,4 6,8 153,6
Nước sông 6,7 0,8 6,6 2,5 7,5 3,4
0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0 600.0 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Thờigian (ngày) Th ể tíc h (L ) Đốichứng
Phân heo và bèo taitượng
4.2 Diễn biến tổng lượng khívà thành phần khítrong lần lặp lạithứ nhất 4.2.1 Tổng lượng khísinh ra trong lần lặp lạithứ nhất
Hình 4.1:Biểu đồ thể tích biogas hàng ngày trong lần lặp lạithứ nhất
Kếtquả khảo sátcho thấy,trong 10 ngày đầu lượng khísinh ra thấp ở cả hai nghiệm thức,chưa đủ căng hoàn toàn túiủ.Vìđây là giaiđoạn thủy phân và sinh acid.Các nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ sinh trưởng và pháttriển của vikhuẩn sinh khí methane trong giai đoạn này chậm hơn vi khuẩn thủy phân và vi khuẩn sinh acid (Lê Hoàng Việt,2003).
Từ ngày thứ 11 trở về sau là thời gian phát triển của vi khuẩn methane (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). Ngày thứ 16 sau nạp, lượng khísinh ra tương đốitròn túiủ và quá trình ủ bước sang giaiđoạn pháttriển mạnh của vikhuẩn sinh khímethane nên khichuyển sang túichứa khí,lượng khí sinh ra nhiều hơn các ngày còn lại(nghiệm thức phân heo là 530 L và nghiệm thức phân heo phốitrộn bèo taitượng là 580 L).Do vậy,ở các lần lặp lạiđề tàitiến hành đo khítừ ngày 16 sau nạp.
Kếtquả trình bày trong hình 4.1 cho thấy,lượng khísinh ra hằng ngày ở nghiệm thức sử dụng phân heo và nghiệm thức sử dụng phân heo phốitrộn bèo taitượng dao động trong khoảng 127–332 L và 92–163 L vớigiá trịtrung bình là 205 L và 119 L tương ứng.Trong 30 ngày thínghiệm,sản lượng khí
53 51.40 38.1 40.30 8.9 8.30 0% 20% 40% 60% 80% 100%
Đốichứng Phân heo và bèo taitượng
Khíkhác CO2 CH4
sinh ra cao nhấtcủa nghiệm thức sử dụng phân heo và nghiệm thức phân heo phốitrộn bèo taitượng ở ngày thứ 30 vớithể tích lần lượtlà 332 L và 163 L.
Từ ngày 17 đến ngày 23 sau nạp,lượng khísinh ra ở cả hainghiệm thức đều biến động theo khuynh hướng tăng dần.Nhưng lượng tăng hàng ngày không đáng kể.Sự biến động này là do ảnh hưởng của yếu tố thờitiết.Vìthờigian này nhiệtđộ tương đối thấp, dao động từ 23–300C nên ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn trong túiủ,làm cho lượng khísinh ra không nhiều.
Từ ngày 24 sau nạp đến khikếtthúc thínghiệm,lượng khísinh ra ở nghiệm thức phân heo phốitrộn bèo taitượng tăng ổn định.Đốivớinghiệm thức sử dụng phân heo,lượng khísinh ra trong giaiđoạn này tăng mạnh hơn những ngày trước đó, dao động trong khoảng 170–332 L. Đây là khoảng thời gian phù hợp cho sự