2.2. Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp
2.2.4. Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình PHSH
2.2.4.5. Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào
Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của vi sinh vật. Hơn nữa, nước là môi trường cần thiết cho sự di chuyển của vi khuẩn, hoạt động của các enzym ngoại bào và thuỷ hoá các polyme sinh học, tạo điều kiện cho quá trình phân huỷ.
Tuy nhiên, việc duy trì quá nhiều nước trong hầm phân huỷ sẽ làm tăng thể tích hầm và trở nên cồng kềnh. Do đó, độ ẩm trong hầm phải được duy trì ở mức tối ưu. Ở Ấn Độ, đối với hầm biogas sử dụng phân bò, hàm lượng chất rắn tối ưu khoảng 9% (TS = 9%).
Hàm lượng độ ẩm đối với các loại cơ chất khác nhau sẽ có sự khác nhau, tuỳ thuộc vào tính chất hoá học và khả năng phân huỷ sinh học của chúng. Theo các nghiên cứu cho thấy, hiệu suất của quá trình phân huỷ sẽ giảm khi hàm lượng TS tăng. Do đó, điều quan trọng là phải xác định hàm lượng TS tối ưu cho hỗn hợp nguyên liệu đầu vào theo từng loại nguyên liệu và từng kiểu hầm ủ khác nhau. Ví dụ như trường hợp nguyên liệu đầu vào là phân bò, có hàm lựơng TS 18%, do đó, phải hoà trộn với nước theo tỷ lệ 1:1 (về khối lượng) để đảm bảo hỗn hợp thu được có nồng độ TS 9%. Hỗn hợp phân bò dạng bùn nhão này sẽ dễ thao tác và tự chảy dễ dàng vào hầm phân huỷ.
Đối với các dạng hầm ủ mà nguồn nguyên liệu đầu vào là chất thải rắn như giấy loại, bã mía, sinh khối… với tỷ trọng tương đối thấp thì lực đẩy nổi từ các bọt khí bám chặt vào sẽ làm cho nguyên liệu nổi lên trên mặt hầm ủ, khi đó, quá trình phân huỷ sẽ không diễn ra được. Chính vì vậy, quá trình phân huỷ đòi hỏi phải có sự hiện diện của pha lỏng. Trong trường hợp nguyên liệu là sinh khối thải, nghiên cứu cho thấy, sinh khối bùn tươi sẽ phân huỷ dễ dàng hơn so với bùn khô.
Khi thành phần độ ẩm quá cao, điều đó có nghĩa là nhiệt độ chất thải thấp, kết quả là sản lượng biogas sinh ra sẽ giảm. Nếu thành phần độ ẩm quá thấp, các axit hoạt tính sẽ tích luỹ và gây trở ngại cho quá trình lên men. Đối với hầu hết các hệ thống hầm ủ biogas, tỷ lệ nguyên liệu thô đầu vào:nước lý tưởng phải đạt mức 1:1. Hàm lượng TS tối ưu khoảng 7 - 9%.
34 Hàm lượng TS trong nguyên liệu cấp
Sản lượng khí biogas sinh ra là phụ thuộc vào hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu đầu vào và khả năng phân huỷ sinh học của chúng trong hầm phân huỷ. Hàm lượng TS càng cao, hầm phân huỷ sẽ có thể tích càng nhỏ và chi phí đầu tư hệ thống sẽ càng thấp.
Theo báo cáo của ESCAP (Economic and Social Commission for Asia and the Pacific), hầm biogas tại Ấn Độ, nồng độ chất rắn tối ưu trong hầm đạt khoảng 7 – 9%.
Tuy nhiên, hệ thống được thiết kế với thể tích đủ để lưu chứa một lượng nước ít nhất có thể. Ví dụ: điểm thuận lợi của phân lợn (TS = 10 – 13%) là có thể cấp trực tiếp vào hầm phân huỷ mà không cần pha loãng với nước. Nếu phân đã được lưu trữ trong vài ngày, quá trình cấp liệu vào hầm phân huỷ phải bổ sung thêm nước. Đối với các dạng hầm phân huỷ dạng khô, từng mẻ, quá trình vận hành có thể sử dụng nguyên liệu có hàm lượng chất rắn lên đến 60%.
Hệ số tải trọng hữu cơ:
Đây là hệ số biểu thị lượng sinh khối cấp vào hầm phân huỷ, còn được gọi là hệ số tải trọng thể tích hữu cơ, được tính bằng đơn vị gVS/lít dung tích hầm phân huỷ.ngày (gVS/l/ngày). Hệ số tải trọng này có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu đầu vào và lưu lượng cấp vào hầm. Trong thực tế, hàm lượng TS được giữ ổn định và do đó thông số lưu lượng sẽ được thay đổi.
35 2.2.4.6. Thành phần gây độc
Bảng 2. 9 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại
Thành phần mg/lít
Sunfate (SO42-) 5.000
Natri Chlorua (NaCl) 40.000
Đồng (Cu) 100
Crom (Cr) 200
Niken (Ni) 200 – 500
Cianua (CN) < 25
ABS (hợp chất bề mặt) 40 ppm
Amonia (N) 3.000
Natri (Na) 5.500
Kali (K) 4.500
Canxi (Ca) 4.500
Magie (Mg) 1.500
36