Khí sinh ra từ các nghiệm thức được thu vào túi nhôm, được tiến hành đo thành phần khí trước khi đo sản lượng tổng thể tích sinh ra. Việc đo đạc được thực hiện 2 ngày 1 lần, bắt đầu từ ngày thứ 2 của thí nghiệm bằng máy Biogas 9000.
Bảng 4.7 Trung bình khí thành phần của các nghiệm thức Nghiệm thức % Khí thành phần Thể tích khí thành phần % CO2 %CH4 CO2 (lít/kgVS) CH4 (lít/kgVS) LB 0,05 cm 37,82 42,97a 157,4 ± 26,1 178,29 ± 7,7 LB 0,2 cm 33,94 39,74a 131,76 ± 20,5 154,30 ± 27,3 LB 0,5 cm 35,17 42,03a 146,74 ± 6,4 174,90 ± 11,1 LB 1 cm 34,01 40,33a 120,94 ± 9,2 141,71 ± 11,3 LB không cắt 35,65 38,54a 110,82 ± 24,4 121,25 ± 28,4
Giá trị trung bình của CH4 dao động từ 38,54 ÷ 42,97% và của khí CO2 là 33,94 ÷ 37,82%. Khí biogas sinh ra từ các nghiệm thức có chất lượng không tốt, %CH4 thấp hơn ngưỡng đề nghị (50 ÷ 70%) còn %CO2 nằm trong khoảng đề nghị (25 ÷ 50%) (Sebastian Wulf, 2005) (Bảng 4.6). Kết quả phân tích thống kê cho thấy không có sự khác biệt về %CH4 giữa các nghiệm thức, chênh lệch giữa các nghiệm thức là không lớn trung bình từ 2 đến 3% do thể tích bình ủ sử dụng nhỏ (21 lít) và lượng nguyên liệu nạp ít (được tình toán trong 20 ngày) nên ảnh hưởng của kích cỡ lục bình đến phần trăm thành phần khí biogas là chưa thấy rõ. Với sự chên lệch này, nếu áp dụng cho hầm ủ có thể tích lớn hơn (> 10 m3) thì có thể cho khác biệt rõ ràng hơn về phần trăm thành phần khí biogas sinh ra.
Hình 4.4 Diễn biến giá trị phần trăm khí CH4 của các nghiệm thức qua các tuần
Giá trị thành phần CH4 của các nghiệm thức trong 45 ngày biến thiên từ 5,5 ÷ 64,5%. Giá trị thấp nhất (5,5%) là của NT lục bình 0.2 cm trong ngày thứ 2 của thí nghiệm. Sự khác thường này có thể là do việc lắc bình bị sai sót, lục bình bị nổi, các VSV không có điều kiện phân hủy. Ở tỉ lệ này, biogas sinh ra có chất lượng tốt để phục vụ cho đun nấu.
0 10 20 30 40 50 60
Tuần 1 Tuần 2 Tuần 3 Tuần 4 Tuần 5 Tuần 6 Tuần 7
%CH4
Dựa vào đồ thị Hình 4.6 về diễn biến giá trị phần trăm khí CH4 của các nghiệm thức qua các tuần ta có thể thấy trong tuần đầu %CH4 thấp có sự chênh lệch và tăng ở tất cả các nghiệm thức. Đây có thể là do, trong tuần đầu là khoảng thời gian hệ VSV trong mẻ ủ làm quen với môi trường, quá trình phân hủy diễn ra chưa mạnh do đó %CH4 có giá trị thấp và thiếu ổn định trong tuần đầu.
Từ ngày thứ 20 đến ngày 36, %CH4 đạt giá trị cao và tương đối ổn định. Sau ngày 36 %CH4 có dấu hiệu giảm ở các nghiệm thức do hàm lượng chất hữu cơ giảm và điều kiên môi trường không còn thuận lợi cho vsv tiếp tục phát triển. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Dirar và El-Amin (1988), theo đó hàm lượng khí methane trên tổng thể tích biogas tăng dần trong giai đoạn đầu và giảm dần ở giai đoạn sau.
Khí sinh học là hỗn hợp của nhiều chất khí, với tỉ lệ và thành phần của các chất khí có trong hỗn hợp tùy thuộc vào loại nguyên liệu và các điều kiện của qua trình phân hủy như nhiệt độ, pH, độ kiềm, … Đồng thời nó cũng tùy thuộc vào các giai đoạn diễn biến của quá trình phân hủy sinh học (Nguyễn Quang Khải, 2009; Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010).
Nguyên liệu được tiến hành tiền xử lý với nước mồi biogas trong 5 ngày nên phần nào rút rút ngắn được thời gian. Giai đoạn đầu của quá trình phân hủy sinh học yếm khí là thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử và một vài dạng không hòa tan thành những chất hữu cơ đơn giản dễ hòa tan trong nước. Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) thì tham gia vào giai đoạn này có nhiều loài vi sinh vật và kéo dài khoảng 2 ngày. Sau đó các chất hữu cơ chuyển sang giai đoạn acid hóa và bắt đầu có sự phát triển của vi khuẩn sinh methane. Một số loài vi khuẩn acetogenic chuyển hóa các acid béo bay hơi thành acid acetate, rồi từ acid acetate sẽ chuyển tiếp thành CH4 và CO2.
Dựa vào Hình 4.7 ta có thể thấy trong tuần thứ nhất, %CH4 thấp do đây là giai đoạn đầu của quá trình phân hủy. Từ tuần thứ 2 đến tuần thứ 5, % CH4 ở tất cả các nghiệm thức có dấu hiệu tăng và dần ổn định. Đây là giai đoạn nhóm vi khuẩn sinh methane sinh trưởng và phát triển mạnh. Các sản phẩm của giai đoạn thủy phân và acid hóa như acid acetate, methanol, CO2, H2 được vi khuẩn methane sử dụng làm nguyên liệu chuyển hóa thành CH4.
Hình 4.5 Phần trăm thành phần khí biogas của các nghiệm thức trong 45 ngày
NT1: 50%LB : 50%PH, LB kích cỡ 0.05cm NT4: 50%LB : 50%PH, LB kích cỡ 1cm NT2: 50%LB : 50%PH, LB kích cỡ 0.2cm NT5: 50%LB : 50%PH, LB không cắt NT3: 50%LB : 50%PH, LB kích cỡ 0.5cm
Sau tuần thứ 5, %CH4 giảm dần do vào thời gian này lượng chất hữu cơ trong mẻ ủ giảm, không còn nguồn nguyên liệu để vsv thủy phân và acid hóa để làm nguồn thức ăn cho nhóm vi khuẩn sinh methane. Bị cạn kiệt thức ăn nhóm vi khuẩn sinh methane sẽ dần chết đi và %CH4 giảm.
Nhìn chung, %CH4 của các nghiệm thức lục bình phối trộn phân heo là gần như tương đồng nhau tại các thời điểm đo. Kết quả chạy thông kê cho thấy các nghiệm thức không có sự khác biệt về giá trị trung bình %CH4 ở mức ý nghĩa 5%.
Kết quả đo khí và thành phần khí cho thấy, kích cỡ lục bình gây ảnh hưởng đến khả năng sinh khí nhưng không ảnh hưởng đến thành phần khí của mẻ ủ. Việc nghiền nhỏ lục bình nhằm gia tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu ủ với hệ vsv tạo điều kiện cho quá trình phân hủy, tuy nhiên đồng thời cũng gây cản trở do lục bình bị nổi lên trên, bị khô và không tiếp xúc được với VSV trong dung dịch ủ. Có thể khi thực hiện thí nghiệm ở ngoài thực tế áp dụng với hầm ủ có thể tích lớn thì sẽ thấy rõ hơn sự ảnh hưởng của kích cỡ lục bình lên khả năng sinh khí và thành phần khí.