• Đ e hạn chế ảnh hường của các yếu tố độc hại từ môi trường trong bể phản ứng tới quá trình xử lý kỵ khí, công nghệ hệ xử lý bể đôi được áp dụng nhằm phân tách hai bước của
quá trình phân hủy là sinh acid và sinh methane (Cohen et a i, 1980).
• N guyên liệu đầu vào đã được đa dạng hóa cao. Neu như trước kia chất thải gia súc và phế thải nông nghiệp là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất biogas thi hiện nay rất nhiều loại nguồn thải giàu hữu cơ được sử dụng cho mục đích này, ví dụ như bùn cống, rác thài hữu cơ, bùn cặn từ nuôi trồng thủy sản, chất thải từ các nhà máy chế biến thực phẩm và các lò giết mổ v.v. Đạt được điều này là nhờ những cải tiến đáng kể trong thiết kế bể biogas (có thiết bị khuấy, ổn định về nhiệt, đảm bảo mức oxy thấp...) cùng với những hiểu biết sâu hcm về nhóm methanogen (về đặc tính sinh lý, sinh hóa và di truyền), nhờ đó chủ động được về nguồn vi sinh vật này cho quá trình phân hủy, không phụ thuộc vào các nguồn tự nhiên truyền thống là phân trâu bò (Corti, Lombardi, 2007).
• Hình thức sử dụng khí methane cũng đa dạng hơn trước. Hiện nay methane không chi
được dùng để cấp nhiệt (đốt trực tiếp) mà còn được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện, methanol hay hóa lỏng để chạy động cơ (Biopact, 2007).
E - M ộ t số nghiên cứu ứng dụng làm cơ sở đề x u ấ t đề tài
• Hoạt động nuôi trồng thủy sản ờ các vùng ven biển hàng năm tạo ra một lượng đáng kể bùn nạo vét từ các đầm nuôi, là nguồn gây ô nhiễm đáng chú ý. Theo một số công trình nghiên cứu tiến hành ờ các nước có ngành công nghiệp nuôi trồng thủy sản, lên men kỵ khí sinh biogas là công nghệ thích hợp để xử lý loại nguồn ô nhiễm này (Gebauer, 2004; N oíĩm a, 2011). Tuy nhiên, quá trình xử lý bằng lên men kỵ khí thường gặp phải một số
yếu tố kìm hãm, quan trọng hơn cả là nồng độ muối cao, hàm lượng SO4 cao dẫn đến cạnh
tranh của vi khuẩn khử sulfate và thời gian khởi động kéo dài do thiếu nguồn methanogen
ban đầu (Gebauer, 2004; Mirzoyan et a i, 2008). Việc bổ sung nguồn methanogen đã thích
ứng với điều kiện môi trường nhiễm mặn là một biện pháp hữu hiệu để khắc phục những trở ngại nói ưên, có thể rút ngắn đáng kể thời gian khởi động và giảm thiểu sự cạnh tranh
của vi khuẩn khử sulfate (Lim et al., 2008) .
• Cũng ừong điều kiện m ôi trường biển, m ột số loài rong biển (như Ulva sp., Lam ina sp.)
không có giá tri dinh dưỡng cao đang trở thành nguồn ô nhiễm, gây ảnh hưởng đến các
hoạt động sinh hoạt và du lịch (Matsui et a i , 2010). Tuy nhiên nhiều nghiên cứu gần đây
cho thấy nguồn rong biển này có thê được sừ dụng một cách hữu ích trong việc tạo năng
lượng sạch thông qua công nghệ biogas (Msuya et al., 2006; Matsui et a i, 2010). Tương
tự như trường hợp đối với bùn đáy các ao nuôi thủy sản trong môi trường biển, quá trình phân hủy rong biển bằng lên men kỵ khí cũng được thúc đẩy và tăng hiệu suất đáng kể khi có sự hỗ trợ của nguồn methanogen đã thích nghi trước đó với điều kiện nhiễm mặn
(Matsui et al., 2010).
T ron g nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu trong nước thuộc lĩn h vực nghiên cứu của
đê tài, đặc biệt p h ả i nêu cụ thể được những kết quả nghiên cứu liên quan đến để tài mà các cán bộ tham g ia đề tà i đang thực hiện. Neu có các đề tà i củng bàn chất đã và đang được thực hiện ở cấp khác, nơi khác thì p h ả i g iả i trình rõ các n ộ i dung liên quan đến đề tà i này; nếu p h á t hiện cỏ đề tài đang tiến hành mà để tà i này có thể p h ổ i hợp nghiên cứu được th ì cần g h i rõ Tên đề tài, Tên chủ nhiệm đê tà i và cơ quan chủ trì đê tà i đó)
Tình hình nghiên cứu công nghệ biogas ở V iệt N am
Ở nước ta hiện nay, nhờ chương trinh phát triển công nghệ biogas do chính phủ Hà Lan tài trợ (Biogas Vietnam), công nghệ biogas đã được triển khai ờ nhiều vùng nông thôn khác nhau, bao gồm cả miền núi và đồng bằng, tuy nhiên chưa đến được các vùng ven biển và hải đảo vì tốc độ phân hủy chậm do điều kiện nước có độ muối cao. Một đặc điểm nổi bật nữa của chương trình
này là công nghệ mới được triển khai ở qui mô nhỏ (< 10 m3) sử dụng nguồn thải truyền thống là
phân trâu bò và phế thải nông nghiệp.
Sản xuất biogas ở qui mô lớn (< 1000 m3) cũng đã được triển khai ờ một số điểm, sừ dụng nguồn thải ban đầu từ các nhà máy chế biến thực phẩm (nhà máy bia ở Hà N ội, nhà máy bia ở Thanh Hóa, nhà máy chế biến tinh bột sắn ở Bình Dương là một số ví dụ). Các hệ thống này có điểm chung trong vận hành là tính ổn định không cao, thời gian khởi động kéo dài mà nguyên nhân chính là không có nguồn methanogen sẵn có để bổ sung ban đầu.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ tạo khí sinh học thực tế mới chỉ được nghiên cứu về lĩnh vục công nghệ xử lý như thiết kế bể phản ứng, điều khiển các yếu tố lý hóa có ảnh hưởng đến quá trình phân hủy như pH, nhiệt độ, cân bằng dinh dưỡng (chủ yếu do Viện Kỹ thuật môi trường, ĐHXD Hà N ộ i và Viện Năng lượng, Bộ Công thương tiến hành). Các nghiên cứu về vi sinh vật, đặc biệt là methanogen còn rất ít ỏi hay hầu như chưa có do nhóm vi sinh vật này đòi hỏi điều kiện nuôi cấy ngặt nghèo mà hầu hết các phòng thí nghiệm vi sinh hiện nay chưa đạt được. D o vậy nguồn methanogen ổn định để cung cấp cho các hệ thống biogas, đặc biệt là các hệ thống hoạt động trong môi trường có hàm lượng muối cao còn chưa được đáp ứng.
13.2. Đ ịnh h ư ớ n g nội dung cần nghiên cứu của đề tài, lu ận giải về sự cần thiết, tín h cấp
bách, ỷ Dghĩa lý luận và thực tiễn
nghiên cứu có liên quan, những kết quả mới nhât tro n g tĩnh vực nghiên cứu cùa đê tài, cần nêu rõ những van đề còn ton tại, từ đó nêu được mục tiêu nghiên cứu và hước g iả i quyêt mới, những nội dung can thực hiện - trà lờ i câu h ỏ i để tà i nghiên cừu g iả i quyết van đê gì, những thuận lợ i khó khăn cần g iả i quyết)
Ở Việt Nam, công nghệ biogas mới chỉ được áp dụng chủ yếu ở qui mô hộ và nhóm hộ gia đinh, thực hiện lên men sinh khí methane với các nguồn thải nông nghiệp ở nhiệt độ ấm (30 - 37°C). Mặc dù cũng đã mang lại những đóng góp nhất định trong việc làm sạch môi trường sống và tận thu năng lượng từ các nguồn thải nông nghiệp, công nghệ biogas ở nước ta hiện nay đang ờ mức độ thấp, có hiệu suất không cao và không ổn định mà một trong những nguyên nhân chính là do thiếu sự chủ động về nguồn vi sinh vật sinh methane. Thông thường, nguồn methanogen được lấy từ phân trâu bò hay bùn đáy của các hệ thống bể tự hoại, thường kém (hoặc không thể) thích nghi với các điều kiện áp dụng công nghệ ở môi trường nhiễm mặn theo thực trạng tình hình xử lý môi trường chung cũng như nhiều dự án triển khai công nghệ biogas ờ nước ta hiện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bên cạnh đó ô nhiễm môi trường biển ngày càng trở nên rõ nét bởi các hoạt động của con người. V iệc gia tăng dân số kẻo theo các hoạt động sản xuất, khai thác nuôi trồng thủy sản, du lịch đã thải vào môi trường biển lượng chất thải ngày càng tăng, dẫn đến ô nhiễm tại một số vùng với hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng như nitơ, phospho và kim loại năng cao hơn nhiều lần mức cho phép (Báo cáo M ôi trường 2005). Các hệ thống xử lý chất thải tại m ôi trường ven biển và hải
đảo lại thường cỏ hiệu suất kém do tốc độ phân hủy của vi sinh vật chậm hơn so với môi trường
nước ngọt (Bitton, 1999). Hơn thế, v iệc áp dụng công nghệ biogas đối với hai loại nguồn thải khá phổ biến ở môi trường biển là bùn đáy các ao nuôi trồng thủy sản và rong biển còn hoàn toàn chưa được đề cập nghiên cứu.
D o vậy, việc nghiên cửu tạo ra các tổ hợp vi sinh vật sinh methane để cung cấp dưới dạng chế phẩm hỗ trợ công nghệ biogas ở các điều kiện vận hành đặc biệt như nước nhiễm mặn được xuất phát tò yêu cầu thực tế cấp thiết trên. Trên cơ sở các qui trình kỹ thuật sản xuất biogas hiện có, chế phẩm vi sinh này sẽ tạo điều kiện phát triển công nghệ với hiệu suất sinh khí cao và ổn định (đặc biệt đối với các bể mới hoạt động lần đầu), cũng như các hệ thống bể tự hoại tại các vùng dân cư và bộ đội ở ven biển và hải đảo.
14 — L iệt kê dan h m ục các công trìn h nghiên cứu, tài liệu có liên q u a n đến đề tài đã trích
dẫn khi đánh giá tổng quan
A m ann RI (1995) In situ identification o f micro-organisms by w hole cell hybridization with
rRNA-targeted nucleic acid probes. In: M o le cu la r m icrob ia l ecology m anual (Eds. Akkermans et
al.), p. 1-15. Dordrecht, the Netherlands, Kluwer Academic.
A m ania T, N osratia N , Sreekrishnanb R (in press) Anaerobic digestion in view point o f
m icrobiological, chemical and operational aspects — A review. Rev E nviro n Sci Biotechnol.
A rc h e r DB, K irsop BH (1991) The microbiology and control o f anaerobic digestion, p. 4 3 - 9 1 .
In: A naerobic digestion: a waste treatm ent technology, A. Wheatly (ed) Elsevier Applied Science, London.
Biogas V ietnam : www.biogas.org.vn
Biopact: http://news.mongabav.com/bloenergv/2007/Q8/germanv-considers-opening-natxiral-
gas.html
Bitton G (1999) Wastewater m icrobiology. John W iley & Sons, N ew York, U SA
China biogas: http://ecotippingpoinl5.org/our-stories/indepth/china-biogas.html
Choi E , Rim J M (1991) Competition and inhibition o f sulfate reducers and methane producers in
anaerobic treatment Water Sci Technol 23: 1 2 5 9 - 1264.
Cohen A, B reure AM , van A ndel JG , van D eursen A (1980) Influence o f phase separation on the anaerobic digestion o f glucose. I. M axim um COD-tumover rate during continuous operation.
Water Res 14: 1439 - 1448.
Cuellar, A m anda D, W ebber M E (2008) C ow power: the energy and em issions benefits o f
converting manure to biogas. E nviron Res Lett 3
Corti A , L om bardi L (2007) Anaerobic co-digestion o f source selected organic waste and sewage sludge. 17th International Waste M anagement and Landfill Sym posium, Cagliary Italy October 2007.
G ebauer R (2004) M esophilic anaerobic ừeatment o f sludge from saline fish farm effluents with
biogas production. Biores Technol 93: 155-167.
H am m er J M (1986) Water and wastewater technology. John W illey & Sons, N ew York.
L ettin ga G, Field J , van L ier J , Z eem an G, H ulshoff L W (1997) Advanced anaerobic
wastewater treatment in the near future. Water Sci Technol 35: 5 - 12. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lim Y G , N iw a c , N agao N, Toda T (2008) Solubilization and methanogenesis o f blue mussels
in saline m esophilic anaerobic biodegradation. I n i Biodet B iodegr 61: 251-260.