4.4.1 N ng độ khí methane
Kết quả phân tích cho thấy, phần trăm khí CH4 của các nghiệm thức trong thí nghiệm dao động 3,1 ÷ 52,27%, trung bình lượng khí dao động 39,88 ÷ 43,27%. Phần trăm CH4 cao nhất ở nghiệm thức ẩm độ 25% với 43,27±8,8%, tiếp đến là nghiệm thức ẩm độ 70% là 40,57±9,16%, nghiệm thức ẩm độ 90% là 39,97±10,69% và thấp nhất ở nghiệm thức ẩm độ 50% là 39,88±10,69%. Không có sự khác biệt về mặt thống kê giữa các nghiệm thức (phụ lục 2.2). Kết quả thu được của nghiên cứu thấp hơn so với nghiên cứu của Nghiêm Bích Ngọc (2013) %CH4 từ 42,31 ÷ 65,55% (nghiên cứu nguyên liệu lục bình phơi khô ẩm độ khoảng 26,2%, kích thước 10cm), thấp hơn so với nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân và cộng sự (2012), %CH4 từ 44,4% đến 61,2%. Kết quả nghiên cứu thấp hơn so với nghiên cứu trước là do nhiệt độ của thí nghiệm chưa đạt đến nhiệt độ thích hợp cho vi khuẩn sinh methane hoạt động (35oC theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997), lượng VS nạp ở nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân là 1,25 kg VS/ngày/m3, ở thí nghiệm VS nạp vào là 1 kg VS/ngày/m3
47
Hình 4.7 Phần trăm khí methane của các nghiệm thức trong thí nghiệm
Hình 4.7 cho thấy phần trăm khí CH4 của các nghiệm thức trong 45 ngày có xu hướng tăng dần. Trong tuần đầu, hàm lượng khí methane khá thấp nhưng sau ngày 10 thì nồng độ của khí methane luôn duy trì cao ở mức hơn 40% (Hình 4.7). Nghiệm thức có ẩm độ 25% luôn có xu hướng có nồng độ khí methane cao hơn các nghiệm thức khác ở cùng thời điểm.
Trong tuần đầu của mẻ ủ thì phần trăm khí CH4 sinh ra ở các nghiệm thức còn thấp. Giai đoạn đầu của quá trình yếm khí là thuỷ phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và một vài dạng không hoà tan thành những chất hữu cơ đơn giản dễ hoà tan vào nước. Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003), Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) thì có nhiều loài vi sinh vật trong giai đoạn này và kéo dài khoảng hai ngày. Sau đó các chất hữu cơ chuyển sang giai đoạn acid hoá và bắt đầu có sự phát triển của các loài vi khuẩn sinh methane. Một số loài vi khuẩn acetogenic chuyển hoá các acid béo bay hơi thành acetate, từ acetate sẽ chuyển tiếp thành CH4 và CO2.
Từ tuần thứ 2 đến tuần thứ 5, phần trăm khí CH4 ở tất cả các nghiệm thức đều tăng lên và dần dần đến ổn định, đây là giai đoạn vi khuẩn methane sinh trưởng và phát triển mạnh. Các sản phẩm của giai đoạn thủy phân và acid hóa như acid acetate,
0 10 20 30 40 50 60 % CH 4 Ngày ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90%
48
methanol, CO2, H2 được vi khuẩn methane sử dụng và chuyển đổi thành CH4. Sau đó phần trăm CH4 giảm dần sau tuần thứ 5 là do ở giai đoạn này lượng chất hữu cơ trong mẻ ủ giảm, không còn nguồn nguyên liệu để vi sinh vật thủy phân và acid hóa để làm nguồn thức ăn cho vi khuẩn methane sử dụng. Do đó, vi khuẩn dần dần chết đi và phần trăm CH4 giảm.
4.4.1 N ng độ khí CO2
Kết quả theo dõi nồng độ khí CO2 cho thấy phần trăm khí CO2 dao động từ 15,4 ÷ 50,57%, trung bình CO2 dao động trong khoảng 35,15 ÷ 39,18% (Hình 4.8). Nghiệm thức ẩm độ 25% có phần trăm CO2 cao nhất 39,18±4,62%, nghiệm thức ẩm độ 70% là 36,94±4,93%, nghiêm thức ẩm độ 50% là 36,5±5,64% và thấp nhất là nghiệm thức ẩm độ 90% là 35,25±6,15%.
Hình 4.8 Phần trăm khí CO2 sinh ra hằng ngày ở các nghiệm thức
Lượng khí CO2 sinh ra tăng dần ở những ngày đầu của thí nghiệm, do trong giai đoạn này quá trình thủy phân, axít hóa nên lượng khí CO2 cao, lượng khí CO2 giảm dần ở những giai đoạn sau do trong giai đoạn này quá trình sinh khí methane diễn ra mạnh, vi khuẩn sinh methane sử dụng CO2 và chuyển hóa thành CH4.
0 10 20 30 40 50 60 % C O 2 ngày ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90%
49
4.5 Năng suất sinh khí methane của thí nghiệm
Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất sinh khí CH4 của các nghiệm thức dao động 164,78 ÷ 277,06 L CH4/kg VSphân hủy. Cao nhất là nghiệm thức ẩm độ 25%: 277,06 L CH4/kg VSphân hủy, tiếp là nghiệm thức ẩm độ 70%: 233,59 L CH4/kg VSphân
hủy, nghiệm thức ẩm độ 50%: 228,86 L CH4/kg VSphân hủy và thấp nhất là nghiệm thức ẩm độ 90%: 164,78 L CH4/kg VSphân hủy (Hình 4.9). Kết quả thống kê cho thấy có sự khác biệt có ý nghĩa ở mức 5% giữa các nghiệm thức ẩm độ lục bình (nghiệm thức ẩm độ 50% và 70% không khác biệt) (phụ lục 2.3).
Hình 4.9 Năng suất sinh khí methane của các nghiệm thức trong thí nghiệm
Nhìn chung, năng suất sinh khí CH4 của các nghiệm thức là tương đối cao, so sánh kết quả năng suất sinh khí của các nghiệm thức trên 1 kg VSphân hủy cho thấy nghiệm thức sinh khí tốt nhất là nghiệm thức ẩm độ 25%. Điều này cho thấy khi nguyên liệu có ẩm độ thấp sẽ cho năng suất sinh khí tốt hơn các ẩm độ khác. Tuy nhiên, khi áp dụng ngoài thực tiễn, có thể áp dụng nguyên liệu có ẩm độ 70% hoặc ẩm độ 50% vì nếu áp dụng nghiệm thức 25% thì tốn thời gian phơi khô nguyên liệu, còn sử dụng lục bình tươi (ẩm độ cao nghiệm thức ẩm độ 90%) thì lượng khí sinh ra không hiệu quả. 0 50 100 150 200 250 300 ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90% N ăn g su ất si nh kh í (L C H4 /kg V Sphân hủy Nghiệm thức a c b b
50
4.6 Hàm lượng tổng đạm, tổng lần và nhu cầu o y hóa học của đầu ra mẻ ủ 4.6.1 Hàm lượng tổng đạm
Kết quả TKN của các nghiệm thức trong thí nghiệm qua Hình 4.10 cho thấy, TKN đầu vào của thí nghiệm rất cao dao động từ 900,67 ÷ 1092,93 mg/L, thấp nhất ở ẩm độ 90% và cao nhất ở 25%. Sau 45 ngày ủ, TKN của các nghiệm thức dao động từ 744,8 ÷ 898,8 mg/L, TKN ở các nghiệm thức đều giảm do sự hình thành khí NH3 và N2 trong quá trình ủ.
Hình 4.10 Tổng đạm đầu vào và đầu ra của mẻ ủ
Nhìn chung, sau quá trình ủ yếm khí hàm lượng đạm trong mẻ ủ vẫn còn rất cao, cần phải xử lý trước khi thải ra môi trường hoặc có thể tái sử dụng nguồn bả thải để làm phân bón cho cây trồng.
4.6.2 Hàm lượng tổng Photpho
Kết quả phân tích cho thấy, hàm lượng TP ở đầu vào của thí nghiệm cao, dao động từ 816,9 ÷ 1168,7 mg/L (Hình 4.11). Sau 45 ngày ủ yếm khí, hàm lượng TP giảm dần, dao động trong từ 693,2 ÷ 1034,5 mg/L. Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy sự giảm hàm lượng photpho của hỗn hợp mẻ ủ là khá thấp. Hàm lượng phot pho có trong hổn hợp của mẽ ủ sau 45 ngày vẫn còn khá cao (Hình 4.11).
0 100 200 300 400 500 600 700 800 ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90% mg/L nghiệm thức
51
Hình 4.11 Tổng lân đầu vào và đầu ra của mẻ ủ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tương tự như nitơ, photpho cũng là nguyên tố chủ yếu cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật. Theo Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga (1999), photpho trong nước và nước thải thường tồn tại ở dạng photphat hữu cơ, orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4- , H3PO4) hay polyphotphat Na3(PO4)6, gọi chung là các hợp chất photphat vô cơ, phần lớn các hợp chất photphat đều ở dạng khó tan. Hàm lượng photpho trong mẻ ủ thay đổi có thể là do sự tiêu thụ và phân giải photphat của vi sinh vật. Theo Lê Quốc Tuấn (2009), trong quá trình ủ yếm khí nhờ sự sản sinh axít trong quá trình sống của sinh vật đã làm cho nó có khả năng chuyển hóa các hợp chất photpho từ dạng khó tan sang dạng dễ tan. Đa số các vi sinh vật phân giải photpho vô cơ đều sinh CO2 trong quá trình sống, CO2 phản ứng với H2O có trong môi trường tạo thành H2CO3, H2CO3 phản ứng với photpho khó tan tạo thành photphat dễ tan theo phương trình sau:
Ca3(PO4)2 + 4H2CO3 + H2O → Ca(H2PO4) + H2O + 2Ca(HCO3)2 (4.1)
Dạng khó tan → dạng dễ tan dạng dễ tan
Đồng thời với quá trình phân giải photpho vô cơ thì quá trình nitrat hóa cũng xảy ra trong điều kiện yếm khí, góp phần làm giảm lượng PO43-
Ca3(PO4)2 + 4HNO3 → Ca(H2PO4) + 2CaSO4 (4.2)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90% mg/L nghiệm thức
52
Nhìn chung, hàm lượng tổng photpho đầu ra của mẻ ủ còn rất cao, cũng giống như nitơ, photpho là nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu cho sự phát triển của thực vật, vì thế có thể nghiên cứu tận dụng nguồn bã thải này làm phân bón.
4.6.3 Nhu cầu o y hóa học
Nhu cầu oxy hóa học phản ánh nhu cầu tiêu hao oxy trong quá trình chuyển hóa lượng các vật chất hữu cơ thành CO2 và H2O (Đặng Kim Chi, 2007). Thông số này thể hiện toàn bộ các chất hữu cơ có thể bị oxy hóa bởi các tác nhân háo học. Do vậy, COD càng lớn thì chứng tỏ hàm lượng các chất hữu cơ phân hủy bằng phương pháp hóa học càng nhiều, điều đó chứng tỏ mẫu nước đó càng ô nhiễm.
Hình 4.12 COD đầu vào và đầu ra của các nghiệm thức trong thí nghiệm
Qua kết quả phân tích (Hình 4.12) cho thấy, COD đầu vào của thí nghiệm dao động từ 23,7 ÷ 26,7g/L. Sau 45 ngày ủ, hàm lượng COD giảm xuống, dao động từ 14,2 ÷ 16,6 g/L. Giá trị COD của mẻ ủ sau 45 ngày ủ vẫn còn rất cao so với qui định của cột B của QCVN 40:2011/BTNMT. Vì vậy, hỗn hợp đầu ra của mẻ ủ cần có thêm các giải pháp để tiếp tục sự dụng nguồn hữu cơ này.
4.6.4 Vi sinh v t trong mẻ ủ - Feacal coliform
Diễn biến hàm lượng Feacal coliform theo thời gian trong các mẻ ủ được trình bày ở Hình 4.12. Kết quả nghiêm cứu cho thấy hàm lượng Feacal coliform đầu vào của các nghiệm thức dao động trong khoảng 3x103
÷ 3x104 MPN/100mL (Hình 4.13). Sau 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90% mg/L nghiệm thức
53
45 ngày ủ, hàm lượng tổng Fecal coliform giảm mạnh ở tất cả các nghiệm thức, giá trị
Feacalcoliform chỉ còn khoảng <2 ÷ 4 MPN/100mL.
Hình 4.13 Fecal coliform của các nghiệm thức
Kết quả phân tích cũng cho thấy, các nghiệm thức có ẩm độ nguyên liệu 70%, 25% và 50% là giảm mạnh nhất. Nghiệm thức ẩm độ 25% có đầu vào cao nhất trong thí nghiệm 3x104
MPN/100mL, sau 45 ngày ủ thì không phát hiện Feacal coliform. Nghiệm thức ẩm độ 90% cũng có xu hướng tương tự. Sự phát triển mạnh mẽ của nhóm các vi sinh vật kỵ khí có thể là một trong những nguyên nhân hạn chế và làm giảm mạnh nhóm Feacal coliform. Nghiệm thức ẩm độ 50% và 70% có đầu vào cùng là 14x103 MPN/100mL, sau 45 ngày ủ, lượng Fecal coliform cũng giảm xuống còn trong khoảng 2 ÷ 4 MPN/100mL.
Theo Nguyễn Quang Khải (2002), các phân hữu cơ như phân động vật, các loại cây xanh sau khi phân hủy qua quá trình phân hủy yếm khí lại trở thành một loại phân hữu cơ giàu dinh dưỡng. Các nguyên tố N, P, K của nguyên liệu sau khi phân hủy hầu như không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng phân mà cây trồng dễ hấp thụ. Khi các chất hữu cơ được phân hủy kỵ khí, một phần quan trọng được chuyển hóa thành các axit amin mới do qua trình tăng trưởng sinh khối các vi khuẩn (Nguyễn Quang Khải, 2002). Khi bã thải được đưa vào các ao, các chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của các thực vật phù du (tảo) lẫn các động vật phù du là nguôn thức ăn cho cá. Nhìn chung, hỗn hợp ủ yếm khí sau 45 ngày có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, mật đổ vi sinh vật trong hỗn hợp cũng còn nhiều sẽ gây ô nhiễm khi trực tiếp thải ra môi
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 ẩm độ 25% ẩm độ 50% ẩm độ 70% ẩm độ 90% Log 10 (MPN/100mL) nghiệm thức
54
trường. do trong hồn hợp ủ còn thành phần dinh dưỡng cao nên có thể tận dụng nguồn bả thải làm phân bón giúp cải tạo đất, tăng độ màu mỡ, phì nhiêu, giữ ẩm cho đất, giảm lượng phân vô cơ sử dụng, giảm chi phí đầu tư và ô nhiễm môi trường. Đồng thời, biện pháp này giúp tăng năng suất và phẩm chất cây ăn trái.
4.7 Ẩm độ nguyên liệu lục bình
Trong thí nghiệm sử dụng nguyên liệu lục bình có ẩm độ khác nhau. Kết quả cho thấy, lục bình có ẩm độ thấp sinh khí cao hơn lục bình có ẩm độ cao. Nguyên liệu được nạp cùng một khối lượng Cacbon, cùng thể tích nước mồi biogas, đối với nguyên liệu có ẩm độ thấp thì diện tích tiếp xúc của nguyên liệu với nước mồi cao hơn nguyên liệu có ẩm độ cao. Sau 45 ngày ủ, lượng nước còn lại của nghiệm thức ẩm độ 25% thấp hơn mực nước trong bình ủ của nghiệm thức ẩm độ 90%. Bên cạnh đó, nguồn sinh khối C ở nghiệm thức có ẩm độ cao bị pha loãng nhiều lần hơn nghiệm thức có ẩm độ thấp.
55
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết Lu n (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các thông số môi trường kiểm soát quá trình ủ đều nằm trong khoảng thuận lợi cho quá trình sinh khí: nhiệt độ dao động từ 26,8 oC ÷ 31,1oC, pH dao động từ 6,70 ÷ 7,63, điện thế oxy hóa khử dao động từ -334.7 ÷ -150 mV và độ kiềm dao động từ 1493 ÷ 2340 mg CaCO3/L.
Lục bình có ẩm độ 25% là nghiệm thức cho tổng thể tích tích dồn khí CH4 cao nhất, kế đến là nghiệm thức lục bình có ẩm độ 70% và 50% và thấp nhất là lục bình tươi với ẩm độ 90%.
Năng suất sinh khí methane của nghiệm thức ẩm 25% là cao nhất (277,06 L CH4/kg VSphân hủy), kế tiếp là ẩm độ 50% và 70% và thấp nhất là ẩm độ 90% (164,78 L CH4/kg VSphân hủy), không có sự khác biệt giữa hai nghiệm thức ẩm độ 50% và 70%.
Hàm lượng dinh dưỡng của mẻ ủ sau thí nghiệm vẫn còn cao: TKN từ 744,8 ÷ 898,8 mg/L, TP từ 693,2 ÷ 1034,5 mg/L.
5.2 Kiến Nghị
Sử dụng nguyên liệu lục bình có ẩm độ thấp phối trộn với phân heo làm nguyên liệu nạp bổ sung cho các công trình khí sinh học. Không nên sử dụng lục bình tươi cho các công trình khí sinh học.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt
Dương Thúy Hoa, 2004. Hiệu quả xử lý nước thải sau hầm ủ biogas của lò giết mổ bằng lục bình. Luận văn Thạc sĩ Khoa Nông nghiệp. Trường Đại học Cần Thơ.
Kha Mỹ Khanh, 1990. Đánh giá một số phương pháp xử lý lục bình để làm nguyên liệu nạp cho hầm ủ biogas. Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ.
Lâm Minh Triết và cộng sự, 1989. Nghiên cứu chế tạo các loại bếp đun và đền thắp sáng bằng khí sinh vật. Hội nghị Quốc giai lần thứ I khí sinh vật ở Việt Nam.
Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013. Giáo trình quản lý và xử lý chất thải rắn. NXB Đại học Cần Thơ.
Lê Hoàng Việt, 2005. Giáo trình xử lý chất thải rắn. Khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ.
Lê Nguyễn Băng Châu, 2011. Đánh giá khả năng sinh khí biogas từ hỗn họp bùn thải ao nuôi cá tra và rơm sau ủ nấm. Luận văn thạc sĩ Quản lý môi trường, Trường Đại học Cần Thơ.
Lê Trần Thanh Liêm, 2010. Sử dụng phân heo và phân heo phối trộn lục bình sau ủ làm nguyên liệu sinh khí sinh học tại Mỹ Khánh – Phong Điền – Cần Thơ. Luận văn Đại học, Trường Đại học Cần Thơ.