4.6.1 TKN (Total Kjeldahl Nitrogen)
Nitơ là nguyên tố chủ yếu cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật, nó được biết đến như là những chất dinh dưỡng hoặc kích thích sinh học.
Hình 4.7 TKN đầu vào đầu ra của các nghiệm thức
Dựa vào biểu đồ Hình 4.7 thấy được hàm lượng nito trước khi ủ của các nghiệm thức khá cao, dao động từ 885,73 đến 749,47 mgN/L. Trong đó hàm lượng nito của NT lục bình 1 cm là cao nhất (885,73 mgN/L) và thấp nhất là NT ục bình 0,05 cm (749,47 mgN/L). Sau 45 ngày ủ, hàm lượng nito đầu ra của các nghiệm có giá trị từ 576,8 đến 733,6 mgN/L. Nhìn chung, hàm lượng nitơ đầu ra có giảm so với đầu vào nhưng không đáng kể (giảm trung bình khoảng 146,77 mgN/L chiếm khoảng 17,3%), sự mất đi này là do sự hình thành khí NH3 và N2 trong quá trình ủ. Trong môi trường yếm khí vsv sử dụng NH4+ để chuyển hóa thành N2 và NO3-. Sản phẩm NO3- tiếp tục được vsv sử dụng, sản phẩm tạo thành là khí N2 thoát ra khỏi hỗn hợp ủ làm hàm lượng TKN trong mẻ ủ giảm. Tuy nhiên sau quá trình ủ, hàm lượng nito vẫn còn rất cao, thích hợp để làm phân bón cho cây trồng, cải thiện dinh dưỡng cho đất.
4.6.2 TP (Tổng photpho)
Biểu đồ hình 4.8 cho thấy hàm lượng photpho trước khi ủ của 5 nghiệm thức là rất cao, dao động từ 835,2 đến 777,1 mg/L. Sau 45 ngày ủ hàm lượng photpho có giảm nhưng giảm với một lương nhỏ khoảng từ 72,2 đến 142,4 mg/L nên đầu ra của các nghiệm thức vẫn còn chứa hàm lượng photpho cao (666,6 – 758,9 mg/L). Lượng photpho của các nghiệm thức giảm không đáng kể (khoảng 12,2%)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 LB 0.05 cm LB 0.2 cm LB 0.5 cm LB 1 cm LB ko cắt m g/L Ngày 0 Ngày 45
là do trong quá trình ủ photpho không bị hao hụt mà chỉ được một số loài vi khuẩn có trong mẻ ủ sử dụng làm thức ăn, các vi khuẩn này tiêu thụ và phân giải photphat để sinh trưởng, phát triển. Sau khi chết, xác các vi khuẩn này bị phân hủy và trả lại photpho cho môi trường ủ. Hàm lượng photpho đầu ra là rất cao, cũng giống như nito photpho cũng là một nguyên tố dinh dưỡng chủ yếu cho sự phát triển của thực vật, vì thế có thể nghiên cứu tận dụng nguồn thải này làm phân bón.
Hình 4.8 Diễn biến hàm lượng tổng photpho của các nghiệm thức
4.6.3 COD
Hình 4.9 COD đầu vào, đầu ra của các nghiệm thức
Kết quả thể hiện trong Hình 4.9 cho thấy COD đầu vào của các mẻ ủ cao dao động từ 24565,66 – 27927,27 mg/L. Sau 45 ngày thí nghiệm, COD của các mẻ ủ giảm đáng kể (trung bình 36,5% so với COD đầu vào). COD còn lại sau thời gian ủ của các nghiệm thức dao động từ 14913,58 – 19358,02 mg/L. Kết quả này là do quá trình phân hủy yếm khí hàm lượng các chất hữu cơ được các VSV sử dụng để chuyển hóa thành CH4 và CO2 nên ở tất cả các nghiệm thức CO2 đều giảm.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 LB 0.05 cm LB 0.2 cm LB 0.5 cm LB 1 cm LB ko cắt m g/L Ngay 0 Ngay 45 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt mg/L Ngày 0 Ngày 45
4.6.4 Vi sinh vật trong mẻ ủ. a. Vi sinh vật yếm khí a. Vi sinh vật yếm khí
Hình 4.10 Tổng vi sinh vật yếm khí có trong các nghiệm thức
Hình 4.10 cho thấy tổng VSV yếm khí đầu vào của các nghiệm thức (ngày 1) dao động trong khoảng 8×103 ÷1,6×105 MPN/100mL. Đây là lượng VSV yếm khí có sẵn trong hỗn hợp ủ do được cung cấp bởi nước mồi biogas sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý. Các VSV yếm khí này nhanh chóng làm quen với môi trường, do có điều kiện thuận lợi để phát triển như môi trường yếm khí, lượng thức ăn dồi dào, nhiệt độ, pH, độ kiềm thích hợp do đó các VSV yếm khí nhanh chóng tăng trưởng và phát triển mạnh. Đến ngày 20 của thí nghiệm, số lượng tổng VSV yếm khí tăng đáng kể (1,52×105 MPN/mL đối với NT lục bình 0,05 cm và lục bình 0,5 cm là 4,6×104 MPN/mL). Vào ngày thứ 45 của mẻ ủ, tổng VSV yếm khí có xu hướng giảm ở NT lục bình 0,05 cm và 0,2 cm. Điều này có thể là do trong môi trường ủ của các nghiệm thức này lượng chất hữu cơ làm thức ăn cho VSV yếm khí đã cạn kiệt, môi trường tích tụ nhiều độc tố, pH giảm,… điều kiện không còn thuận lợi cho sự phát triển của nhóm VSV này nên số lượng tổng VSV yếm khí có dấu hiệu giảm. Còn đối với NT lục bình 0,5 cm số lượng VSV yếm khí lại có xu hướng tăng và không đổi đối với NT lục bình 1 cm. Đây có thể là do kích cỡ nguyên liệu của NT lục bình 0,5 cm và lục bình 1 cm lớn hơn so với NT lục bình 0,05 cm và 0,2 cm do đó trong môi trường của NT lục bình 0,5 cm và lục bình 1 cm vào thời gian này vẫn còn chất hữu cơ làm thức ăn cho VSV yếm khí, hoặc do trong môi trường vẫn tồn tại một số hợp chất hữu cơ khó phân hủy. Tuy nhiên nhìn chung sau 45 ngày ủ, lượng VSV yếm khí trong hỗn hợp đầu ra vẫn còn khá cao (2,4×104 ÷ 9×104 MPN/mL).
b. Tổng Coliform và Faecal Coliform
Tổng Coliform và Faecal Coliform là hai nhóm VSV chỉ thị cho mức độ môi trường bị ô nhiễm bởi nguồn phân.
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000 LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt MPN /100 m l
Hình 4.11 Tổng Coliform đầu vào và đầu ra của các nghiệm thức
Dựa vào biểu đồ Hình 4.11 ta có thể thấy tổng Coliform đầu vào của các nghiệm thức là rất cao dao động từ 3×105 ÷ 1,6×106 MPN/100mL và có xu hướng giảm ở tất cả các nghiệm thức qua các thời điểm thu mẫu (ngày thứ 20 và 45 của thí nghiệm). Đến ngày thứ 45, tổng Coliform trong hỗn hợp chỉ còn trong khoảng 3×101 ÷ 1,7×103 MPN/mL. Giảm đáng kể so với tổng Coliform ở đầu vào của các nghiệm thức, điều này chứng tỏ, công nghệ ủ biogas có khả năng xử lí Coliform với hiệu suất cao (trung bình khoảng 99,997%). Đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (08:2008/BTNMT) ở chỉ tiêu Coliform.
Dựa vào kết quả phân tích Faecal coliform đầu vào và đầu ra của các nghiệm thức ta có thể thấy đầu vào của các nghiệm thức có lượng Faecal coliform
cao dao động từ 1,6×105 ÷ 2,3×103 MPN/mL. Nhưng sau 45 ngày ủ, lượng Faecal coliform giảm đáng kể và gần như không phát hiện. Cho thấy cộng nghệ biogas có khả năng xử lí Faecal coliform.
Hình 4.12 Faecal coliform đầu vào đầu ra của các nghiệm thức
Tóm lại: Hàm lượng COD, TKN, TP trong hỗn hợp đầu ra của mẻ ủ còn rất cao do đó có thể nghiên cứu tái sử dụng nguồn bả thải này làm nguồn phân bón cho cây trồng. Theo Nguyễn Gia Lượng (1989) cho thấy bả thải biogas có hàm
0 1 2 3 4 5 6 7 LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt log1 0 MPN/10 0m l
Ngày 1 Ngày 20 Ngày 45
0 1 2 3 4 5 6 LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt log1 0 MPN/m l
lượng N, P, K hữu ích cho nông nghiệp, sử dụng phân biogas có hiệu quả tăng năng suất cây trồng đặc biệt có khả năng thay thế nguồn phân khoáng.
CHƯƠNG V KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
Thí nghiệm ủ yếm khí theo mẻ lục bình kích cỡ nghiền nhỏ được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm liên tục trong 45 ngày đã thu được một số kết quả:
Tổng CH4 tích dồn cao nhất là nghiệm thức lục bình 0,05 cm (180,10 lít/kgVS) và nghiệm thức 0,5 cm (176,60 lít/kgVS); thấp nhất là nghiệm thức lục bình không cắt (311,76 lít/kgVS).
Giá trị trung bình của CH4 dao động từ 38,54 ÷ 42,97% và của khí CO2 là 33,94 ÷ 37,82%.
Năng suất sinh CH4 của các nghiệm thức dao động từ 257,63 đến 348,98 lít/kgVSphân hủy. Kết quả thí nghiệm cho thấy không phải nguyên liệu có kích thước càng nhỏ thì năng suất sinh khí càng tốt.
Nhiệt độ, pH, redox, độ kiềm của các nghiệm thức nằm trong khoảng thích hợp cho hoạt động của các vi khuẩn sinh methane.
Hàm lượng dinh dưỡng TKN, TP, COD đầu ra của mẻ ủ các nghiệm thức còn rất cao.
5.2 Kiến nghị
Nên ứng dụng lục bình kích cỡ 0.5 cm làm nguyên liệu nạp bổ sung cho ủ biogas.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bardiya, N., Gaur, A.C., 1997. Effects of carbon and nitrogen ratio on rice straw biomethanation. J.Rural Energy, 4:1–16.
Chongrak Polprasert, 1989. Organic Waste Recycling. John Wiley & Sons.
De la Rubia, M. A, V. Fernández-Cegrí, F. Raposo and R. Borja, 2011. Influence of particle size and chemical composition on the performance and kinetics of anaerobic digestion process of sunflower oil cake in batch mode. Biochemical Engineering Journal, 58– 59: 162– 167
Dương Thúy Hoa (2004). Hiệu quả xử lý nước thải sau hầm ủ biogas của lò giết mổ bằng lục bình. Luận văn Cao học. Đại học Cần Thơ. 98 trang.
Eder, B., & Schulz, H. (2007). Biogas-Praxis: Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Beispiele. Wirtschaftlichkeit: Ökobuch Magnum.
Fabien Monnet, (2003). An Introduction Anaerobic Degestion of Organic Wastes, Remade Scotland. 177pp
Gerardi, M.H., 2003. The microbiology of anaerobic digesters. Wiley Interscience. John Wiley & Sons. Inc. 94 -129.
Gollakota, K. G., Jayalakshmi, B., 1983. Biogas (natural gas) production by anaerobic digestion of oil cake by a mixed culture isolated from cowdung. Biochem. Biophys. Res. Commun, 110, 32.
Izumi, K, Y. Okishio, N. Nagao, C. Niwa, S. Yamamoto and T. Toda, 2010. Effects of particle size on anaerobic digestion of food waste. Int. Biodeterior. Biodegradation, 64: 601–608
Jürgen Wiese and Ralf König, 2007. Monitoring of digesters in biogas plants. Laboratory analysis and process analysis biogas plant monitoring.
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 đại học, Trường Đại học Cần Thơ.
Lê Hoàng Việt (2005). Giáo trình Quản lý và tái sử dụng chất thải hữu cơ. Đại học Cần Thơ. 104 trang.
Lê Trần Thanh Liêm (2010). Sử dụng phân heo và phân heo pối trộn lục bình sau ủ làm nguyên liệu sinh khí sinh học tại Mỹ Khánh – Phong Điền – Cần Thơ. Luận văn đại học. Đại học Cần Thơ.
Lehtomäki , A, S. Huttunen, T.M. Lehtinen, J.A. Rintala, 2008. Anaerobic digestion of grass silage in batch leach bed processes for methane production. Bioresour. Technol, 99: 3267–3278.
Malik, R.K., Singh, R., Tauro, P., 1987. Effect of inorganic supplementation on biogas production. Biol.Wastes, 21 (2): 139 - 142.
Mc.Carty, P.L., 1964. Anaerobic waste treatment fundamentals. Part II - Environmental Requirements and Control. Journal of Public Works, 95:123 - 126.
Moorhead, KK and Nordstedt RA, 1993. Batch anaerobic digestion of water hyacinth: effects of particle size, plant nitrogen content and inoculum volume. Bioresource Technology 44(1):71 - 6.
Mshandete, A, L. Björnsson, A.K. Kivaisi, M.S.T. Rubindamayugi and B. Mattiasson, 2006. Effect of particle size on biogas yield from sisal fibre waste. Renew. Energy, 31: 2385 - 2392
Nghiêm Bích Ngọc, 2013. Đánh giá ảnh hưởng các kích cỡ lục bình phối trộn phân heo lên khả năng sinh biogas. Luận văn tốt nghiệp. Đại học Cần Thơ. 61 trang.
Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997. Sản xuất khí đốt (biogas) bằng kỹ thuật lên men kỵ khí. Nhà xuất bản Nông nghiệp TP HCM. 178 trang.
Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003a). Công nghệ sinh học môi
Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003b). Công nghệ sinh học môi
Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2008). Công nghệ sinh học môi trường tập 2. NXB Đại học quốc gia TPHCM. 275 trang.
Nguyễn Duy Thiện (2001). Công trình năng lượng khí sinh vật Biogas. NXB Xây Dựng, Hà Nội. 208 trang
Nguyễn Hữu Chiếm và Lê Hoàng Việt, 2013. Giáo trình Quản lý và xử lý chất thải rắn. Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ. 495 trang.
Nguyễn Hữu Phong, 2009. Khảo sát khả năng sinh khí methane (CH4) từ phần heo - lục bình và phần heo - rơm sau ủ nấm rơm. Kết quả nghiên cứu khoa học dự án VIE/020 - Bèo lục bình: 29 - 48.
Nguyễn Quang Khải (2001). Công nghệ khí sinh học. NXB Xây Dựng, Hà Nội. Nguyễn Quang Khải (2001). Công nghệ khí sinh học. NXB Xây Dựng, Hà Nội.
Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010. Công nghệ khí sinh học chuyên khảo. Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ. 229 trang. Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010. Công nghệ khí sinh học
chuyên khảo. Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ. 229 trang. Nguyễn Quang Khải, 2009. Công nghệ khí sinh học. Hướng dẫn xây dựng, vận
hành, bảo dưỡng, sử dụng toàn diện khí sinh học và bã thải. Nhà xuất bản lao động xã hội. 112 trang.
Nguyễn Quang Khải, 2009. Công nghệ khí sinh học. Hướng dẫn xây dựng, vận hành, bảo dưỡng, sử dụng toàn diện khí sinh học và bã thải. Nhà xuất bản lao động xã hội. 112 trang.
Nguyễn Văn Thu (2010), Kết quả bước đầu khảo sát sử dụng các loại thực vật để sản xuất khí sinh học (Biogas), Kỷ yếu khoa học: Khép kín các quá trình tuần hoàn dinh dưỡng về chất cơ bản vô hại đến vệ sinh từ các hệ thống thủy lợi phi tập trung ở đồng bằng sông Mê Kông (Sansed II), NXB Đại học Cần Thơ, tháng 1/2010: 88 - 92.
Nguyễn Văn Tùng (2004), Khảo sát sự thay đổi nồng độ đạm, lân, BOD và Chì trong nước rò rỉ bãi rác có trồng thủy canh cỏ Vetiver (Vetiver zizanioides L.) và Lục bình (Eichhornia crassipes). Luận văn Cao học. Đại học Cần Thơ.
Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn Trường Thành, Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trí Ngươn, Lê Ngọc Phúc và Nguyễn Trương Nhật Tân (2012). Khả năng sử dụng lục bình và rơm làm nguyên liệu nạp bổ sung cho hầm ủ biogas. Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ (22a): 213 – 221.
phố Hồ Chí Minh.
RISE-AT (1998). Review of Current Status of Anaerobic Digestion technology for
Science and Technology Research and Development. Chiang Mai University.
Sharma, S. K., Mishra, I. M., Sharma, M. P. và Saini, J. S., (1988). Effect of particle size on biogas generation from biomass residues. Biomass. 17:251- 263.
Tổng Cục Thống kê, 2012. Niên giám Thống kê 2011. NXB Thống kê. Treatment of Municipal Solid Waste. Regional Technology. Institute of Trương Thanh Cảnh (2010). Kiểm soát ô nhiễm môi trường và sử dụng kinh tế
Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền Nam, 2011
Yadvika, S. Santosh, T.R. Sreekrishnan, S. Kohli & V. Rana, 2004. Enhancement of biogas production from solid substrates using different techniques - a review. Journal of Bioresource Technology, 95:1–10.
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: SỐ LIỆU ĐO THỂ TÍCH BIOGAS VÀ KHÍ METHANE CỦA CÁC NGHIỆM THỨC TRONG 45 NGÀY
Phụ lục 1.1 Thể tích CH4 hằng ngày của từng nghiêm thức
Thể tích lít/kgODM) Ngày LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt 2 1.61 0.90 2.69 3.81 3.22 4 4.79 4.16 7.49 7.31 7.02 6 7.06 6.60 12.05 9.24 10.25 8 11.55 5.50 11.23 7.58 5.74 10 17.24 14.03 12.59 14.70 10.02 12 5.24 5.99 6.86 8.89 5.64 14 6.12 7.00 7.95 10.25 6.48 16 5.48 6.67 8.48 9.70 5.08 18 4.15 5.26 7.68 7.99 3.23 20 8.78 9.31 16.52 11.68 8.23 22 9.55 9.99 17.35 9.45 7.30 24 14.62 11.84 16.85 8.24 6.38 26 17.12 11.85 9.87 5.52 4.77 28 15.02 14.20 6.88 3.46 4.62 30 12.03 10.59 7.73 3.27 4.30 32 9.15 6.48 3.93 3.11 4.15 34 6.24 6.61 3.74 3.18 4.15 36 7.71 4.96 3.97 3.62 4.28 38 4.47 2.88 3.28 1.97 3.35 40 4.29 3.03 3.00 2.56 2.14 42 3.40 3.00 2.58 1.52 3.31 44 2.45 2.40 1.32 1.99 2.15 45 2.02 1.80 2.55 1.70 1.31
Phụ lục 1.2 Thể tích CH4 tích dồn trong 45 ngày của các nghiệm thức Thể tích lít/kgODM) Ngày LB 0,05 cm LB 0,2 cm LB 0,5 cm LB 1 cm LB ko cắt 2 1.61 0.90 2.69 3.81 3.22 4 6.40 5.06 10.18 11.13 10.24 6 13.46 11.66 22.24 20.36 20.49 8 25.01 17.17 33.46 27.94 26.23 10 42.25 31.19 46.05 42.64 36.25 12 47.49 37.18 52.91 51.53 41.89 14 53.62 44.18 60.86 61.78 48.37