5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
3.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất sinh khí của chất
chất thải hữu cơ
3.4.1 Hiệu suất sinh khí methane
Dựa vào hình 3.30 cho thấy:
Khi tiến hành ủ kỵ khí ở điều kiện 35oC (D1-35) cho hiệu suất sinh khí methane cao hơn khi phân hủy cơ chất trong điều kiện nhiệt phịng (D1-AT). Tổng lượng khí thu được ở nghiệm thức D1-35 là 688 LCH4/KgVSS – gấp 1,75 lần so với tổng lượng khí thu được ở điều kiện thường. Nguyên nhân: Khi môi trường nhiệt độ ổn định tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển; tốc độ phân hủy cơ chất tăng lên. Nói chung, tốc độ phản ứng hóa học và sinh học ở nhiệt độ cao nhanh hơn ở trong bể phản ứng, tốc độ tăng trưởng và sự trao đổi chất của vi sinh vật [21]. Ở môi trường nhiệt độ cao: Tăng độ hòa tan của các hợp chất hữu cơ, tăng cường tỷ lệ phản ứng sinh học và hóa học, tăng tỷ lệ tử vong của mầm bệnh đặc biệt là trong
86
môi trường ưa nhiệt và suy giảm hàm lượng axit hữu cơ bay hơi và các hợp chất trung gian khác [21], [54].
Tuy nhiên khi tăng nhiệt độ môi trường phản ứng lên 45oC và 55oC thì kết quả thấp hơn. Tổng lượng khí CH4 thu được sau q trình ủ kỵ khí trong điều kiện gia nhiệt 45oC là 326 LCH4/KgVSS – giảm 68 LCH4/KgVSS so với nghiệm thức thí nghiệm trong mơi trường nhiệt độ phòng dao động từ 28-32oC. Tương tự, tổng lượng khí CH4 thu được trong điều kiện gia nhiệt bể phản ứng ở 55oC (D1-55) là 170 LCH4/KgVSS – giảm 2,3 lần so với nghiệm thức thí nghiệm trong mơi trường nhiệt độ phịng dao động từ 28-32oC. Nguyên nhân: Ở nhiệt độ cao có thể làm tăng lượng amoniac tự do và gây ức chế một số vi sinh vật trong bể phân hủy [8]. Bên cạnh đó, trong q trình thí nghiệm nhiệt độ mơi trường phản ứng kiểm sốt khơng tốt: Khi mới gia nhiệt thì nhiệt độ tăng cao hơn giá trị cần kiểm soát. Điều này, ảnh hưởng đến hiệu quả của q trình sinh khí CH4. Năng suất chuyển hóa, sinh khí CH4 của vi sinh vật ưa ấm sẽ giảm khi nhiệt độ môi trường dao động > 2- 3oC [55]. Trong khi đó, khả năng sinh trưởng phát triển của vi sinh vật ưa nhiệt sẽ bị tác động trong điều kiện nhiệt độ mơi trường dao động > 1oC [55]. Vì vậy, kiểm sốt nhiệt độ đóng một vai trị quan trọng trong q trình phân hủy kỵ khí và duy trì một nhiệt độ ổn định trong bể phản ứng là rất quan trọng. Nhiệt độ dao động lớn sẽ ảnh hưởng đến q trình khả năng chuyển hóa của vi sinh vật, đặc biệt trong q trình chuyển hóa khí methane [21], [56]. D1-AT D1-35 D1-45 D1-55 0 100 200 300 400 500 600 700 800 L C H4 /K g V Ss 326 394 688 170
87
Diễn biến q trình sinh khí có sự khác nhau giữa các nghiệm thức thí nghiệm: Đối với nghiệm thức D1-35 thì tốc độ phân hủy diễn ra sớm và trong khoảng thời gian ngắn. Ngày đầu tiên đã thu được lượng khí rất lớn là 67 LCH4/KgVSS.ngày; những ngày tiếp theo tiếp tục tăng lên và đạt đỉnh vào ngày thứ 5 - 110 LCH4/KgVSS.ngày. Trong khi đó, ở nghiệm thức D1-AT thì lượng khí trung bình ngày thấp và ngày thứ 9 lượng khí đạt đỉnh nhưng thấp chỉ đạt 39 LCH4/KgVSS.ngày.
Đối với nghiệm thức D1-45, ngày đầu cũng sinh ra lượng khí CH4 lớn là 62 LCH4/KgVSS.ngày, tương đương với nghiệm thức D1-35. Tuy nhiên, những ngày tiếp theo lượng khí giảm mạnh và khơng tăng trở lại.
Đối với nghiệm thức D1-55: Quá trình sinh khí tăng giảm liên tục, khơng có xu hướng chung. Nhưng nhìn chung, lượng khí CH4 sinh ra rất ít.
Thời gian (Ngày)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 LCH 4 /K g V SS 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 D1-AT D1-35 D1-45 D1-55
Hình 3.31 Biểu đồ lượng khí CH4 sinh ra hằng ngày
3.4.2 Kết quả giá trị hàm lượng chất hữu cơ bay hơi (VS)
Dựa vào hình 3.32 cho thấy:
Nghiệm thức D1-35 có hiệu suất loại bỏ VS tốt nhất là 65,8%. Kết quả này tương đồng với hiệu suất sinh khí methane.
88
Nghiệm thức D1-45 và D1-35 có hiệu suất xử lý hàm lượng bay cơ tăng lên so với nghiệm thức D1-AT nhưng không nhiều.
Tất cả các nghiệm thức có kết quả cao hơn so với nghiên cứu của Bùi Diệu Linh (2011) và Anil Kuruvilla Mathew et al. (2014). Tác giả Bùi Diệu Linh cũng nghiên cứu trên vật liệu bèo tây, nhưng kết quả loại bỏ VS chỉ đạt được là 27,06% [27]. Ở nghiên cứu của Anil Kuruvilla Mathew et al. (2014) [16] cũng chỉ giảm được 27%VS. 8,0 D1-AT D1-35 D1-45 D1-55 % -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Đầu vào
Đầu ra Hiệu suất Hệ số phân hủy nội bào
4,9 38,3 -1,0 8,5 8,5 -1,1 2,9 -3,1 65,8 5,4 -0,6 36,2 8,5 5,4 42,1
Hình 3.32 Biểu đồ hiệu suất loại bỏ VS và hệ số phân hủy nội bào
3.4.3 Tổng vi sinh vật kỵ khí
Dựa vào đồ thị 3.25 cho thấy tổng vi sinh vật kỵ ở các nghiệm thức có sự chênh lệch lớn.
Nghiệm thức D1-AT có mật độ vi sinh vật kỵ khí cao nhất là 514.106 CFU/mL. Tiếp theo là nghiệm thức D1-35 có mật độ vi sinh là 464.105 CFU/mL.
Trong khi đó, nghiệm thức D1-45 và D1-55 có mật độ vi sinh vật thấp hơn là 5,87.106 CFU/mL và 3,39.106 CFU/mL.
Mật độ vi sinh vật kỵ khí quan sát ở các nghiệm thức khác nhau, trong điều kiện môi trường cho thấy: Khi tăng nhiệt độ mơi trường lên thì mật độ vi sinh vật kỵ khí khơng tăng mà có xu hướng giảm.
89 D1-AT D1-35 D1-45 D1-55 10 6 CF U /m L 0 100 200 300 400 500 600 514 46,4 5,87 3,39 Hình 3.33 Biểu đồ tổng vi sinh vật kỵ khí
3.5 Đánh giá lợi ích của sản phẩm sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí
3.5.1 Đánh giá dung dịch phân lỏng từ q trình phân hủy kỵ khí
3.5.1.1 Tổng Coliform
Dựa vào bảng 3.9 Cho thấy: Gía trị tổng Coliform đầu ra ở hầu hết các nghiệm đều vượt giới hạn cho phép theo tiêu chuẩn QCVN 62 – MT:2016/BTNMT [57]. Trong đó, ba nghiệm thức có giá trị tổng Coliform đảm bảo xã thải vào môi trường là B1- AT, D0-AT và D4-AT theo cột B tiêu chuẩn QCVN 62 – MT:2016/BTNMT [57].
90
Bảng 3.9 Giá trị tổng Coliform đầu ra sau q trình ủ kỵ khí ở các nghiệm thức
Nghiệm
thức Gía trị Đơn vị Nghiệm
thức Gía trị Đơn vị
A0-AT 18.107 CFU/100mL D0-AT 0,24.104 MPN/100mL
A1-AT 51.107 CFU/100mL D1-AT 24.104 MPN/100mL
A2-AT 63.107 CFU/100mL D2-AT 460.104 MPN/100mL
A3-AT 54.107 CFU/100mL D3-AT 240.104 MPN/100mL
A4-AT 120.107 CFU/100mL D4-AT 0,46.104 MPN/100mL
B0-AT 4,6.104 MPN/100mL E0-AT 2,1.107 CFU/100mL
B1-AT 0,46.104 MPN/100mL E1-AT 310.107 CFU/100mL
B2-AT 240.104 MPN/100mL E2-AT 1100.107 CFU/100mL
B3-AT 2,4.104 MPN/100mL E3-AT 4000.107 CFU/100mL
B4-AT 46.104 MPN/100mL E4-AT 36.107 CFU/100mL
C0-AT 0,47.107 CFU/100mL
C1-AT 27.107 CFU/100mL
C2-AT 54.107 CFU/100mL
C3-AT 340.108 CFU/100mL
C4-AT 0,85.106 CFU/100mL
3.5.1.2 Tính chất phân lỏng sau quá trỉnh ủ biogas
Dựa vào kết quả được lượt kê ở bảng 3.10 cho thấy:
Tất cả các chỉ tiêu COD, tổng Nitơ, tổng Coliform đều vượt tiêu chuẩn QCVN 62 – MT:2016/BTNMT [57]. Kết quả này cho thấy: Cần phải xử lý để đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải ra môi trường bên ngoài.
Tổng Coliform trong nước thải biogas với nguyên liệu nạp phân heo theo nghiên
cứu của Nguyễn Phương Thảo và cộng sự có giá trị cao hơn nghiên cứu này là 9,3x105 MPN/100mL [58].
91
Tổng giá trị Nitơ cao (431,20 mg/L) thích hợp cho việc thu gom và ứng dụng trong các mục đích khác như sử dụng làm phân bón trong trồng trọt.
Bảng 3.10 Một số thơng số của phân lỏng sinh sau quá trỉnh ủ biogas
STT Chỉ tiêu Đơn vị Gía trị QCVN
62 – MT:2016/BTNMT
1 COD mg/L 4090 300 (cột B)
2 Tổng Nitơ mg/L 431,20 150 (cột B)
3 Tổng Photpho mg/L 4,20 -
4 Tổng Coliforms MPN/100mL 2,4.105 5000 (cột B)
3.5.2 Đánh giá phần nguyên liệu rắn sau q trình phân hủy kỵ khí
3.5.2.1 Tính chất phân compost được ử từ nguyên liệu rắn sinh ra sau q trình phân hủy kỵ khí
Từ kết quả nghiên cứu ở bảng 3.11 cho thấy: So với quy chuẩn trong thông tư 36:2010TT/BNNPTNT [59], phân compost được ủ từ nguyên liệu bùn biogas của phân heo và bèo tây có hàm lượng tổng nitơ thấp và độ ẩm cao hơn tiêu chuẩn. Để cải thiện chất lượng phân, ta có thể ủ bùn biogas này kết hợp với những thành phần giàu đạm như: Vỏ đậu, phế phẩm nông nghiệp, các sản phẩm cố định đạm...
Bảng 3.11 Một số thông số của phân compost
STT Chỉ tiêu Đơn vị Gía trị Thơng tư
36:2010TT/BNNPTNT 1 2 DM % 40,2 ≤ 25 % 3 pH 4 Tổng Nitơ % 0,683 ≥ 2,5 5 Tổng Photpho % 1,29 - 6 VS % 22,1 ≥ 22
92
3.5.2.2 Kết quả thí nghiệm bio-test khơng sử dụng dung dịch phân lỏng
Kết quả thu được từ thí nghiệm cho thấy:
Cải mầm phát triển tốt trên các nền cơ chất khác nhau. Tuy nhiên, nền cơ chất là phân compost được ủ từ thí nghiệm cho cây phát triển tốt hơn so với nền cơ chất là cát hoặc phân hữu cơ thị trường.
Khối lượng rau sạch thu hoạch co xu hướng tăng khi tăng khối lượng thành phần phân compost trong hỗn hợp chất nền.
Nghiệm thức100% Compost: Cải mầm phát triển mạnh, lá xanh, bản lá rộng, thân cây cao trung bình 14-15 cm và khối lượng rau thu hoạch được là nhiều nhất – 9,1g rau/1g hạt.
Nghiệm thức 100% HCTT có thân cây nhỏ, xuất hiện một số lá ngã vàng, chiều cao trung bình 12-13cm, khối lượng rau sạch thu hoạch: 7,7g/1g hạt.
Nghiệm thức có khối lượng rau thu hoạch được thấp nhất là 100% cát (6g rau/1g hạt), chiều cao trung bình 12–13 cm.
93
Bảng 3.12 Quá trình sinh trưởng và phát triển của cải mầm ở các nguồn chất nền khác nhau Thời gian Nghiệm thức Hình ảnh Nhận xét Ngày thứ 03 100% Cát − Cải mầm phát triển mạnh nhưng kích thước cây khơng đồng đều.
75% Cát – 25% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 50% Cát – 50% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 25% Cát – 75% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 100% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt.
94 75% Cát – 25% Phân HCTT − Cải mầm phát triển mạnh.
− Kích thước cây không đồng đều. − Một số cây lá hơi ngã vàng. 50% Cát – 50% Phân HCTT − Cải mầm phát triển mạnh.
− Kích thước cây không đồng đều. − Một số cây lá hơi ngã vàng. 25% Cát – 75% Phân HCTT − Cải mầm phát triển mạnh.
− Kích thước cây không đồng đều.
− Thân cây mỏng và yếu.
− Một số cây lá hơi ngã vàng. 100% Phân HCTT − Cải mầm phát triển mạnh.
− Kích thước cây khơng đồng đều.
− Thân cây mỏng và yếu.
− Một số cây lá hơi ngã vàng.
95 Ngày
thứ 05
100% Cát − Chiều cao trung bình
12-13cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 6g/1g hạt.
75% Cát – 25% Compost
− Chiều cao trung bình 13-14cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 7,2g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 50% Cát –
50% Compost
− Chiều cao trung bình 12-13cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 7,47g/1g hạt.
25% Cát – 75% Compost
− Chiều cao trung bình 14-15cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 8,68g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 100%
Compost
− Chiều cao trung bình 14-15cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 9,1g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 75% Cát –
25% Phân HCTT
− Chiều cao trung bình 12-13cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 6,5g/ 1g hạt.
96
− Bề mặt lá rộng. 50% Cát –
50% Phân HCTT
− Chiều cao trung bình 13-14cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 6,7g/15g hạt.
25% Cát – 75% Phân HCTT
− Chiều cao trung bình 11-12cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 6,6/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 100% Phân
HCTT
− Chiều cao trung bình 12-13cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 7,7g/15g hạt.
3.5.2.3 Kết quả thí nghiệm bio-test có sử dụng dung dịch phân lỏng
Dựa vào bảng 3,12, 3.13 cho thấy:
− Nghiệm thức có khối lượng thu hoạch lớn nhất là 100% compost với khối lượng rau là 11g/1g hạt.
− Nghiệm thức 100% cát có khối lượng rau nhỏ nhất chỉ 8,3g/1g hạt và cây có chiều cao thấp hơn so với các nghiệm thức khác.
− Đối với việc bổ sung nước bằng dung dịch pha giữa nước và phân lỏng cho khối lượng rau nhiều hơn. Tuy nhiên, hầu hết các nghiệm thức lá cây bị vàng.
97
Bảng 3.13 Qúa trình sinh trưởng và phát triển của cải mầm ở các nguồn chất nền khác nhau Thời gian Nghiệm thức Hình ảnh Nhận xét Ngày thứ 03 100% Cát − Cải mầm phát triển mạnh.
− Kích thước cây không đồng đều. − Lá xanh tốt. 75% Cát – 25% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 50% Cát – 50% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 25% Cát – 75% Compost − Cải mầm phát triển mạnh. − Kích thước cây đồng đều. − Lá xanh tốt. 100% Compost − Xuất hiện các lá ngã màu vàng.
98 Ngày
thứ 05
100% Cát − Chiều cao trung bình
13-14cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 8,3g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 75% Cát –
25% Compost
− Chiều cao trung bình 13-14cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 8,5g/1g hạt.
50% Cát – 50%
Compost
− Chiều cao trung bình 15-16cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 10,4g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 25% Cát –
75% Compost
− Chiều cao trung bình 14-15cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 10,4g/1g hạt.
− Bề mặt lá rộng. 100%
Compost
− Chiều cao trung bình 14-15cm.
− Khối lượng rau sạch thu hoạch: 11g/1g hạt.
99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nghiên cứu này đã đánh giá được tác động của nhiều thông số động học lên quá trình phân hủy kỵ khí rác thải hữu cơ bao gồm: Tải trọng, tỷ lệ phối trộn giữa bèo tây và bùn mồi theo tải trọng, nhiệt độ và phương pháp xử lý nguyên lệu đầu vào. Ở nhiệt độ phòng, pH đầu vào được điều chỉnh về mức trung tính (6,9 – 7,2) thì nghiệm thức có tỷ lệ phối trộn 100% phân heo ở tải trọng 0,2 VSS/VSI (A0-AT) cho hiệu quả sinh khí tính trên hàm lượng hữu cơ của cơ chất lớn nhất là 522 LCH4/KgVSS, nhưng xét trên hàm lượng hữu cơ của hỗn hợp thì ở tải trọng 0,6 VSS/VSI (D0-AT) thu được lượng khí tốt nhất là 164 LCH4/KgVS. Trong trường hợp có kết hợp giữa phân heo và bèo tây thì tỷ lệ phối trộn 2/3 phân heo + 1/3bèo tây ở tải trọng 0,6 VSS/VSI có hiệu quả sinh khí tốt nhất: 104 LCH4/KgVS.
Phương pháp xử lý nguyên liệu đầu vào bằng cách thủy phân bèo tây có bổ sung chế phẩm BIO-EM trong thời gian 05 ngày và 10 ngày thu được hiệu quả sinh khí tốt có giá trị lần lượt là 474 LCH4/KgVSS (D1-H-05D-C) và 472 LCH4/KgVSS (D1- H-10D-C). Khi thủy phân bèo tây bằng chế phẩm BIO-EM chứa nhiều vi sinh vật hữu ích, các mạch liện kết phức tạp trong cấu trúc của bèo tây có thể bị bẽ gãy