Bảng 4.1: Thành phần hóa học của bùn biogas và lục bình Chỉ tiêu
Nguyên liệu
ẩm độ (%)
TN (%)
TOC (%)
Ghi chú
Lục bình 92 1.54 42,3
Bùn biogas phân heo 96 0.58 37, 6
Ghi chú: Kết quả ẩm độ và TOC đƣợc nhóm tác giả phân tích tại phòng thí nghiệm.Chỉ tiêu TN đƣợc gởi phân tích tại Công ty Cổ Phần Dịch Vụ Khoa Học Công Nghệ Sắc Ký Hải Đăng (EDC - HĐ)
Thảo luận
Qua kết quả phân tích cho thấy: bùn biogas và lục bình nguyên liệu giàu dinh dƣỡng nhƣng ẩm độ đều vƣợt mức 90%, nếu sử dụng trực tiếp để làm nguyên liệu ủ phân hiếu khí sẽ gây yếm khí cục bộ trong mẻ ủ, ức chế hoạt đông phân giải chất hữu cơ của vi sinh vật.
Do đó, việc đưa ra phương pháp tiền xử lý để giảm ẩm độ cảu nguyên liệu xuống mức thích hợp (55-65%) trước khi sử dụng làm nguyên liệu ủ phân compost mà tác giả đề ra là cần thiết.
4.2 Kết quả Thử nghiệm 1.Khảo sát phương pháp tiền xử lý lục bình
Kết quả Thử nghiệm 1:
Ẩm độ: Kết quả thử nghiệm sau 15 ngày cho thấy sự khác biệt lớn về hiệu quả giảm ẩm độ giữa các nghiệm thức tiền xử lý. Kết quả sự thay đổi ẩm độ của lục bình trong thử nghiệm đƣợc trình bài trong bảng 4.2a.
Bảng 4.2. Sự thay đổi độ ẩm của nguyên liệu đƣợc TXL sau 15 ngày
Ngày Ban đầu 3 6 9 12 15
43
Mẫu
LB1 92 88 85 78 77,5 75
LBT1 92 86 83 77 69 65,7
LB2 92 80,6 73 69,4 67,6 64,2
LBT2 92 79 70 62,75 - -
LBK 92 60 - - - -
Ghi chú:
(-) ngƣng theo dõi
LBK: Nghiệm thức tiền xử lý lục bình bằng phương pháp phơi khô tự nhiên
LBT (1): Nghiệm thức lục bình + Trichoderma tiền xử lý trong mô hình không đậy bạt HDPE
LBT (2) : Nghiệm thức lục bình + Trichoderma tiền xử lý trong mô hình có đậy bạt HDPE Kết quả thử nghiệm cho thấy nghiệm thức LBK có ẩm độ 60% trong 3 ngày thử nghiệm, nghiệm thức LBT(2) có ẩm độ 62.75% trong 9 ngày trong khi các NT khác nhƣ LB(1) và LB(2) phát sinh mùi hôi, màu đen và ẩm độ còn hơn 80% sau 12 ngày, nghiệm thức LBT1 chỉ đạt ẩm độ dưới 65% sau 12 ngày.
Chỉ tiêu cảm quan: trong quá trình thử nghiệm, nhóm tác giả ghi nhận đƣợc một số kết quả nhƣ sau
Về màu sắc, mùi: Kết quả ghi nhận đƣợc trong quá trình thử nghiệm cho thấy các nghiệm thức đƣợc bổ sung chế phẩm sinh học Tricho-compost có màu sắc chuyển nâu đen và không phát sinh mùi hôi. Tất cả các nghiệm thức không đƣợc bổ sung chế phẩm Tricho- compost (trừ nghiệm thức LBK) màu sắc nguyên liệu chuyển sang đen và phát sinh mùi hôi khó chịu nhất phần nguyên liệu ở dưới cùng của mỗi nghiệm thức.
44
Dấu hiệu côn trùng: các loại côn trùng bắt đầu xuất hiện ở các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm sinh học từ khoảng ngày thứ 3 và nhiều nhất là từ ngày thứ 6. Các nghiệm thức không bổ sung chế phẩm sinh học, côn trùng xuất hiện rất ít hoặc không quan sát thấy sự có mặt của côn trùng.
Thảo luận về kết quả Thử nghiệm 1:
Có sự phát sinh mùi hôi ở tất cả các NT không bổ sung chế phẩm sinh học Trichoderma, các nghiệm thức có bổ sung chế phẩm Trichoderma màu sắc chuyển sang nâu cho thấy tác dụng rõ rệt của nấm Trichoderma và các vi sinh vật trong chế phẩm Tricho-compost trong việc tiêu diệt các vi sinh vật gây mùi và tác dụng tăng nhanh độ hoai mục của vật liệu hữu cơ.
Kết quả thử nghiệm 1 cho thấy có 2 cách hiệu quả để tiền xử lý lục bình làm nguyên liệu ủ phân compost:
Cách thứ nhất: Lục bình cắt nhỏ và trải mỏng trên nền bạt HDPE
Cách thứ hai: Lục bình cắt nhỏ, bổ sung chế phẩm chứa chủng vi sinh vật Trichoderma.spp. và ủ bán hiếu khí trên mô hình có hệ thống thoát nước, thoáng khí ở đáy và không đậy bạt phía trên nguyên liệu (trừ khi trời mƣa)
Hai phương pháp vừa trình bày trên sẽ được áp dụng trong thử nghiệm 3 áp dụng mỗi phương pháp để tiền xử lý 60 Kg lục bình tươi để làm nguyên liệu cho Thử nghiệm 4.
Tiến hành ủ phân compost.
4.3 Kết quả Thử nghiệm 2.Khảo sát phương pháp tiền xử lý bùn biogas
Kết quả Thử nghiệm 2.
Kết quả ghi nhận được ở Thử nghiệm 2 cho thấy sự tương đồng về hiệu quả tiền xử lý ở cả 2 mô hình thử nghiệm B1 và B2 thông qua quá trình theo dõi và quan sát các chỉ tiêu đặt ra.
Ẩm độ: Kết quả thử nghiệm cho thấy bùn biogas có độ ẩm tương tự nhau ở cả 2 nghiệm thức B1 và B2. Số liệu đƣợc ghi nhận trong bảng 4.3a.
Bảng 4.3. Sự thay đổi ẩm độ của bùn biogas trong quá trình tiền xử lý
Ngày Ban đầu 3 6 9
45
Mẫu
B1 95 80 70 65.5
B2 95 78,3 69,4 63,7
Ghi chú:
(-) ngƣng theo dõi
B1: Nghiệm thức tiền xử lý bùn thải hầm biogas bằng vải mô hình sử dụng lớp lọc cát, sỏi B2: Nghiệm thức tiền xử lý bùn thải hầm biogas bằng mô hình sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt làm vật liệu lọc
Kết quả thử nghiệm cho thấy phương pháp sử dụng VĐKT KD (nghiệm thức B2) giúp giảm ẩm độ của bùn từ 95% xuống 63,7% trong vòng 9 ngày tương đương với mô hình lọc qua cát sỏi (nghiệm thức B1) trong cùng điều kiện thí nghiệm.
Chỉ tiêu cảm quan:
Màu sắc: bùn biogas có màu đen và hầu nhƣ không thay đổi trong suốt quá trình thử nghiệm (trừ lớp bùn trên mặt khô hơn nên có màu trắng xám). Bùn mới đem về có mùi hôi khó chịu (mùi amoniac, mùi thối nhƣ H2S), bắt đầu từ ngày thứ 2 trở đi, không cảm nhận đƣợc mùi hôi phát ra từ mô hình thử nghiệm nữa.
Côn trùng: không quan sát thấy sự có mặt của côn trùng trong cả 2 nghiệm thức B1 và B2.
Thảo luận.
Kết quả thử nghiệm TXL bùn cho thấy vải địa kỹ thuật không dệt có thể sử dụng như vật liệu lọc để giảm bớt lượng nước trong bùn biogas thay thế cho hệ thống lọc qua lớp cát sỏi trước đây.Mặt khác, hệ thống lọc cát sỏi sau thời gian sử dụng sẽ xảy ra hiện tượng tắc ngẽn trong hệ thống và việc xử lý lớp cát sỏi bên dưới hệ thống để tái sử dụng thật sự không dễ dàng.
46
Vải địa kỹ thuật là vật liệu có độ bền cao, khả năng chịu lực tốt nên khi sử dụng vật liệu này giúp cho hệ thống TXL có tuổi thọ cao hơn, vải địa kỹ thuật không dệt có trọng lƣợng nhẹ, khi có sự tắc ngẽn chỉ cần lấy lớp vải ra vệ sinh, phơi khô và tái sự dụng một cách dễ dàng. Nước thải ra tự hệ thống tiền xử lý được hoàn lưu lại hầm (túi) biogas để tránh phát sinh ô nhiễm.
Dựa vào kết quả nghiên cứu và thảo luận nhƣ vừa trình bày, Thử nghiệm 3 đƣợc nhóm tác giả tiến hành bằng cách tiền xử lý khoảng 60 Kg bùn biogas theo phương pháp và mô hình nhƣ đã trình bày ở Thử nghiệm 2 để làm nguyên liệu cho Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost.
4.4 Kết quả Thử nghiệm 3.Thử nghiệm tiền xử lý nguyên liệu
Thử nghiệm 3 đƣợc hoàn thành trong thời gian 9 ngày. Kết quả thử nghiệm đƣợc thể hiện trong bảng 4.4 bên dưới.
Bảng 4.4. Kết quả thử nghiệm tiền xử lý nguyên liệu.
Ngày
Mẫu Ban đầu 3 6 9
LBT2 92 79 70 62,75
LBK 92 59 - -
B2 95 81.5 70.6 64.5
Ghi chú:
“-“ : ngƣng theo dõi
LBT2: Nghiệm thức lục bình + Trichoderma tiền xử lý trong mô hình không phủ bạt HDPE
LBK: Nghiêm thức lục bình Tiền xử lý bằng phương pháp phơi khô tự nhiên
B2: Nghiệm thức tiền xử lý bùn thải hầm biogas bằng mô hình sử dụng vải địa kỹ thuật không dệt làm vật liệu lọc.
Thử nghiệm 3 cho kết quả tương tự với thử nghiệm 1 và 2 ở tất cả các chỉ tiêu, nghiệm thức tương ứng.
47
Nguyên liệu đã đƣợc tiền xử lý ở thử nghiệm 3 sẽ đƣợc mang phối trộn làm nguyên liệu ủ phân compost ở Thử nghiệm 4.
4.5 Kết quả Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost
Sử dụng nguồn nguyên liệu đã tiền xử lý ở thử nghiệm 3, nhóm tác giả bố trí 2 nghiệm thức với thành phần nguyên liệu nhƣ sau:
CP1: LBK + Bùn + Trichoderma (2x106cfu/g, nồng độ 2g/Kg) CP2: LBT(2) + bùn
Hình 4.5a. Mô hình ủ phân compost Kết quả Thử nghiệm 4.
Sự thay đổi của mẻ ủ trong thời gian thử nghiệm:. Kết quả cho thấy ở nghiệm thức CP2 cho kết quả hoai mục nhanh chóng, không gây mùi hôi và thu hút nhiều côn trùng ngay trong những ngày đầu tiên, đồng thời màu sắc chuyển sang nâu đen chỉ trong 3 tuần ủ thử nghiệm, côn trùng cũng giảm đáng kể sau đó cho thấy dấu hiệu hoai mục của nguyên liệu. Trong khi nghiệm thức CP1 cho thấy sự gia tăng tăng nhiệt độ nhanh chóng và sự sụt giảm thể tích mẻ ủ còn khoảng 40% sau 6 tuần theo dõi, các vấn đề về mùi cũng mất đi khi sau 4 tuần ủ thử nghiệm
48
Sự thay đổi nhiệt độ của mẻ ủ: Mô hình ủ CP2 đã có dấu hiệu ổn định trong 2 tuần đầu tiên và nhiệt độ không thể tăng cao do chất hữu cơ đã phân hủy một phần từ giai đoạn TXL trước đo, trái lại NT CP1 có sự tăng nhiệt độ nhanh chóng và giảm dần ở ngày thứ 20, lúc này sự ổn định dần hình thành và nhiệt độ bắt đầu giảm
39
44
40 37 36 38
36 34 35
37
40
36 37
34 36
33
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Nhiệt độ (o C)
Ngày
Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ
CP1 CP2
Hình 4.5b. Biểu đồ sự thay đổi nhiệt độ của mẻ ủ
Kết quả nghiên cứu ghi nhận nhiệt độ cao nhất là 44oC (nghiệm thức CP1) trong khi nhiệt độ tối ƣu cho vi sinh vật phân giải chất hữu cơ trong khoảng 60 – 65 0C (Bach và ctv, 1984). Có sự mất nhiệt đang kể xảy ra trong quá trình ủ do mẻ ủ nhỏ và xáo trộn nguyên liệu làm cho mẻ ủ không thể duy trì được nhiệt độ tối ưu, điều này ảnh hưởng đến sự phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật đồng thời lƣợng vi sinh vật còn tồn tại đáng kể trong nguyên liệu kể cả vi sinh vật có lợi và có hại. Khi áp dụng thực tế, cần tiến hành với mẻ ủ lớn hơn (chiều cao tối thiểu khoảng 1m) để đảm bảo hiệu suất sinh nhiệt cho mẻ ủ.
49
Bảng 4.5 : Kết quả phân tích chỉ tiêu phân hữu cơ sau 45 ngày thử nghiệm
STT CHỈ TIÊU CP1 CP2 36:2010TT/BNNPTNT GHI CHÚ
1 TOC (%) 14.63 15.7
2 OM (%) 32.19 34.54 ≥22
3 TN (Nts)
(%)
0.51 0.62 ≥2.5
4 Khh (%) 0.86 0.8 ≥ 2.5
5 Phh(%) 0.21 0.22 ≥ 2.5
6 Axit humic 1.7 1.5
Ghi chú
(Kết quả ẩm độ, TOC, OM được tác giả phân tích tại phòng thí nghiệm, chỉ tiêu: TN, Axit humic được gởi phân tích tại Công ty Cổ Phần Dịch Vụ Khoa Học Công Nghệ Sắc Ký Hải Đăng (EDC - HĐ), chỉ tiêu Khh, Phh được gởi phân tích tại Viện Tài Nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh.
36/2010/TT-BNNPTNT: Thông tư về việc ban hành Quy định sản xuất, kinh doanh và sử dụng phân bón đối với phân hữu cơ).
TN : hàm lƣợng Đạm trong mẫu phân hữu cơ CP2 (0.62%) cao hơn 20% so với mẫu CP1 (0.51%) dù phối trộn cùng loại bùn biogas và cùng tỉ lệ phối trộn bùn:lục bình là 1:1, chỉ khác nhau ở phương pháp TXL lục bình. Kết quả phân tích trên cho thấy có sự mất Đạm diễn ra trong quá trình TXL lục bình theo phương pháp ủ hiếu khí, có thể sự thất thoát Đạm là do N hòa tan trong nước rỉ ở dạng amoni và nước rỉ trong quá trình thử nghiệm không được hoàn lưu lại mẻ ủ gây thất thoát Đạm. LB phát triển theo mùa và trôi nổi theo dòng nước nên việc vớt LB tại một vị trí với lượng ổn định là việc không thể thực
50
hiện đƣợc. Do đó, khi có lƣợng LB lớn thi nên tích trữ LB ở dạng phân compost vừa có tác dụng giải quyết vấn nạn LB trên sông tại thời điểm đó, đó cũng là một phương pháp bảo quản LB khi chƣa có bùn biogas hoặc bùn chƣa đƣợc TXL đạt yêu cầu để phối trộn làm phân hữu cơ, hơn nữa bùn tích trữ ở dạng phân compost có thể phục vụ nhu cầu sử dụng ngay khi cần thiết.
OM và TOC: kết quả phân tích cho thấy lƣợng TOC bị phân hủy ở mẫu phân hữu cơ CP1 cao hơn ở mẫu phân hữu cơ CP2, điều nghĩa với việc sự hoai mục của phân hữu cơ ở CP1 là tốt hơn, axit humic cũng có mặt trong hai mẫu phân mẫu cơ là tương đương nhau
-BNNPTNT lƣợng chất hữu cơ trong phân bón hợp quy là ≥22%, cả hai mẫu phân thử nghiệm đều có tỉ OM cao hơn mức này, cụ thể ở mẫu phân hữu cơ CP1 là 32.19% và CP2 là 34.54%, điều này rất có ích trong việc dùng loại phân này trong việc cải tạo môi trường đất.
Phh, Khh, axit humic: kết quả nghiên cứu cho thấy phân hữu cơ sau thử nghiệm còn chứa các chất dinh dƣỡng quan trọng là Phh và Khh , axit humic đây cũng là yếu tố dinh dƣỡng quan trọng đối với cây trồng, khi bón các loại phân này vào đất sẽ làm tăng khả năng trao đổi các cation, huy động đƣợc chất dinh dƣỡng cung cấp cho cây.Đặc biệt axit humic có tác dụng rất tốt trong việc tăng hấp thu dinh dƣỡng ở cây trồng và tăng sự phát triển bộ rễ cây.
4.6 Đề xuất quy trình xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost
Qua kết quả nghiên cứu trên, tác giả đề xuất quy trình xử lý bùn biogas phân heo và lục bình thành phân hữu cơ theo sơ đồ sau:
51
Hình 4.6. Sơ đồ xử lý bùn biogas và lục bình thành phân bón hữu cơ
Thuyết minh sơ đồ:
Lấy nguyên liệu: Bùn biogas lấy từ hố bùn trong túi (hầm)biogas bằng cách sử dụng bơm hút bùn. Lục bình có thể vớt tay hoặc sử dụng máy móc tùy nhu cầu và điều kiện thực tế.
Tiền xử lý nguyên liệu:
TXL Lục bình Lục bình băm nhỏ khoảng 2-5cm, có thể TXL LB bằng cách phơi khô trong khoảng 3 ngày hoặc ủ hiếu khí với mô hình đã thiết kế trong NT LBT(2).
TXL bùn biogas: sử dụng mô hình TXL bùn bằng vải địa kỷ thuật nhƣ thiết kế ở thử nghiệm TXL bùn đã nêu trên, vải địa cũng có thể may thành túi sau đó bơm bùn vào rồi bố trí nhƣ Thử nghiệm 2 trên để tiết kiệm diện tích xử lý
Phối trộn nguyên liệu: Có thể phối trộn nguyên liệu đã TXL với các tỉ lệ khác tỉ lệ 1:1 tuỳ điều kiện thực tế. Bổ sung chế phẩm sinh học chứa vhungr vi sinh vật Trichoderma vào mẻ ủ giúp nguyên liệu nhanh hoai và hạn chế mùi hôi (do Trichoderma tiêu diệt vi sinh vật gây mùi, tác dụng của chủng vi sinh vật Trichoderma đƣợc trình bày ở mục tài
52
liệu tham khảo và chứng minh qua kết quả Thử nghiệm 1. Khảo sát phương pháp tiền xử lý nguyên liệu)
Ủ phân: Thiết kế mẻ ủ nhƣ mô hình ủ thử nghiệm áp dụng cho NT CP1 và CP2 nhưng với kích thước lớn hơn với thể tích tối thiểu là 1m3.Nước rỉ từ đống ủ nên thu và đƣa trở lại hầm Biogas để tránh phát sinh ô nhiễm. Nhận biết thời điểm hoàn thành mẻ ủ dựa vào thông tin tác giả đã trình bài ở mục 1.2.3 Các dấu hiệu kết thúc của tiến trình ủ phân.
Đóng bao: Tiến hành các công đoạn tuyển chọn nhƣ sang lọc, bổ sung chế phẩm sinh học, dinh dƣỡng khoáng...theo yêu cầu sản xuất và đóng bao sau đó vận chuyển đến nới thực hiện công đoạn tiếp theo
Thành phẩm: Tiến hành dán nhãn mác, và gia công lại bao để đảm bảo đúng mẫu mã và đầy đủ thông tin theo quy định pháp luật
Bảo quản: phân compost đã ủ ddue độ hoai và đóng bao, thành phẩm nên đƣợc bảo quản nơi khô thoáng, tránh ẩm thấp, mƣa, ánh nắng trực tiếp, tránh các khu vực gần nguồn ô nhiễm để tránh vi sinh vật, độc chất xâm nhập vào sản phẩm. Để đảm bảo chất lƣợng, phân bón hữu cơ không nên lưu trữ quá 2 năm kể từ ngày hoàn thành mẻ ủ.
4.7 Đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm phân compost từ bùn biogas và lục bình
4.7.1 Phân tích về nguyên liệu và sản phẩm phân compost
Đánh giá tiềm năng của phân compost tạo thành thông qua phân tích các yếu tố: Trữ lƣợng nguồn nguyên liệu, Thu gom nguyên liệu, Giá cả nguồn nguyên liệu và thành phần, tính chất phân compost đƣợc tạo ra.
Trữ lƣợng nguồn nguyên liệu
Lục bình: lục bình đang là vấn nạn cần giải quyết và chúng có mặt hầu nhƣ khắp các con sông nhất là đồng bằng sông Cửu Long. Trữ lƣợng lục bình là rất lớn hơn nữa, nhƣ đã trình bày trong mục trích lục tài liệu, lục bình có thể tăng sinh khối gấp đôi sau 2 tuần trong nước thải hầm biogas. Có thể thu gom nguyên liệu lục bình tại các sông hoặc nuôi trồng trong hồ sinh học sau biogas để làm nguyên liệu sản xuất phân compost tại chổ.
53
Bùn biogas: số lƣợng heo theo báo cáo của tổng cục thống kê năm 2015 đã lên đến hơn 28.5 triệu con, các loại gia súc, gia cầm khác cũng tăng lên.Quy định trong QCVN 62:2015 (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải chăn nuôi) bắt buộc mỗi hộ chăn nuôi đều phải có hệ thống xử lý môi trường như biogas, do đó lượng bùn biogas là vô cùng lớn, miễn phí và giàu dinh dƣỡng. Việc xử lý bùn biogas thành phân bón mang ý nghĩa cả về môi trường và kinh tế.
Giá cả nguồn nguyên liệu.
Lục bình: Nguồn nguyên liệu là miễn phí và chỉ chi cho vớt, vận chuyển. Theo báo cáo của sở TNMT tỉnh Bình Dương, giá cả cho phương án cơ giới là khoảng 220,000 VNĐ/tấn nguyên liệu. Hằng năm, thành phố Hồ CHí Minh bỏ ra số tiền hàng tỉ đồng cho việc vớt lục bình, việc kinh doanh có thể xin thêm kinh phí của thành phố để xử lý vấn nạn lục bình trên kênh rạch
Bùn biogas:Bùn biogas là nguồn nguyên liệu rất lớn và hoàn toàn miễn phí. Chi phí cho TXL thấp nếu áp dụng phương pháp sử dụng VĐKT KD làm vật liệu lọc như đã nghiên cứu, theo tính toán thì chi phí vải địa kỹ thuật cho 1 tấn bùn thải khoảng 17500VNĐ (6m2 vải)
Thu gom nguyên liệu
Lục bình có 2 cách để thu gom nguyên liệu
Cách thứ nhất: vớt lục bình tại các sông ngòi kênh và tiến hành tiền xử lý tại chổ trước khi mang về nhà máy. Việc tiền lý tại chổ giúp giảm chi phí cho việc vận chuyển (do giảm thể tích nguyên liệu) và tiết kiệm được diện tích nhà xưởng.
Cách thứ hai: nuôi trồng lục bình tại hồ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải trại chăn nuôi. Sinh khối lục bình có thể tăng gấp đôi chỉ sau 2 tuần, trong khi mẻ ủ phân compost hoàn thành trong thwoif gian khoảng 45 ngày, nếu đầu tƣ đƣợc diện tích hồ sinh học đủ lớn để trồng, lƣợng lục bình ổn định, có quanh năm và tiết kiệm đƣợc chi phí chuyên chở.
Bùn biogas: lượng bùn được bơm ra theo chu kỳ của trại chăn nuôi, thông thường khoảng 3 tháng/lần. Vì thế, bùn biogas cần đƣợc tiền xử lý để có thể dự trữ và sử dụng khi cần