Phương pháp tiến hành nghiên cứu

3.3.1 Lập quy trình tiến hành nghiên cứu

Quá trình nghiên cứu được tiến hành theo quy trình từ bước đầu lấy nguyên liệu đến bước cuối cùng là đánh giá tiềm năng thương mại hóa sản phẩm được mô tả trong sở đồ sau:

Các bước nghiên cứu được trình bày trong sơ đồ sau:

Hình 3.3.1 Sơ đồ mô tả quy trình tiến hành nghiên cứu

3.3.2 Chuẩn bị nguyên liệu thử nghiệm Thu gom nguyên liệu

Lục bình được vớt trên sông Sài Gòn đoạn dưới chân cầu Rạch Chiếc (quận 2-Tp.Hồ Chí Minh) từ lúc 14 giờ đến 16 giờ. Lục đƣợc mang lên bờ, cắt nhỏ khoảng 5cm sau đó cho vào bao và mang về phòng thí nghiệm.

Chất thải biogas trong thí nghiệm đƣợc lấy từ hầm biogas HDPE trại heo nái chú Hùng, địa chỉ ấp Xóm Mới, huyện Củ Chi, TP Hồ Chí Minh. Thời điểm tiến hành nghiên cứu, chuồng heo có 600 con heo nái, mỗi con khoảng 200kg, lƣợng chất thải (bao gồm phân, nước tiểu và nước rửa chuồng) mỗi ngày ước tính khoảng 56.8 m3 (Theo phương pháp tính toán của Lăng Ngọc Huỳnh, 2007).Bùn biogas: đƣợc thu gom bằng túi vải địa kỹ thuật không dệt kích thước 0.6x0.4m, chụp vào đầu ống xả nước của hầm biogas.Chế phẩm Tricho-Compost: loại bao 1 Kg.

Đo chỉ tiêu nguyên liệu đầu vào: các chỉ tiêu đầu vào đƣợc đo đạc ngay sau khi mang về phòng thí nghiệm để đảm bảo độ chính xác. Các chỉ tiêu gồm: pH, Ẩm độ, Cacbon hữu cơ tổng số (TOC), N tổng (TN) và chỉ tiêu cảm quan, khối lƣợng (Kg).

Chuẩn bị vật liệu làm mô hình thử nghiệm Bạt phủ bằng vật liệu HDPE 0.3mm

Vải địa kỹ thuật ART-09

Mút xốp tấm loại dài 1.2m, rộng 0.6m dày 0.03m làm mô hình thử nghiệm Một số thiết bị, dụng cụ, hóa chất phòng thí nghiệm dùng để phân tích mẫu.

Dụng cụ làm mô hình như: keo silicol, vải địa kỹ thuật không dệt (ART 09), lưới cước nguyễn, chưa nước ngọt đã qua sử dụng...

3.3.3 Thử nghiệm 1.Khảo sát phương pháp tiền xử lý lục bình

Mục đích thử nghiệm: Thử nghiệm 1 đƣợc tiến hành nhằm mục đích tìm ra 2 phương pháp TXL giúp làm giảm ẩm độ của lục bình xuống mức 65% để trở thành nguyên liệu thích hợp cho ủ phân compost nhanh và hiệu quả nhất. Dựa trên kết quả của Thử nghiệm 1, Thử nghiệm 3 sẽ áp dụng 2 phương pháp tối ưu được chọn để tiến hành TXL khoảng 60 Kg LB làm nguyên liệu cho thử nghiệm ủ phân compost (Thử nghiệm 4).

Thử nghiệm 1 được tiến hành trong khoảng 15 ngày thông qua 2 phương pháp là ủ hoai (ủ bán hiếu khí) với 4 nghiệm thức (LB1, LB2, LBT1, LBT2) và 1 nghiệm thức phơi khô tự nhiên trên bạt HDPE (LBK), mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần với lƣợng nguyên liệu là 3Kg LB tươi/NT.

Phương pháp làm mô hình thử nghiệm đối với 4 NT ủ hoai (ủ bán hiếu khí)

Mô hình TXL lục bình: thực hiện thử nghiệm với mô hình rộng 30cm, dài 60cm, 4 phía có vách cao 10cm để giữ nguyên liệu không bị rơi ra ngoài. Mô hình gồm 2 phần chính:

phần thu nước rỉ bên dưới và phần thể tích chứa nguyên liệu, ngăn cách giữu 2 phần là lớp lưới cước nhuyễn.

 Phần thu nước rỉ tính từ dưới lên bao gồm: bạt HDPE 0.5mm=>lớp sỏi dày 3cm, ống thu nước rỉ bằng nhữa dẻo có đục lỗ được đặt ở giữa, dọc theo chiều dài của mô hình để thu nước rỉ ra từ lục bình và dẫn ra bên ngoài.

 Phần chứa nguyên liệu dùng để chứa lục bình cần TXL, khả năng chứa khoảng 3 Kg lục bình

Hình 3.3.2a.Hình vẽ thiết kế mô hình tiền xử lý lục bình

Nguyên tắc vận hành: lục bình đƣợc cho vào mô hình thử nghiệm theo hình luống dài rộng ở đáy và hẹp dần lên đỉnh. Sự phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí giúp phát sinh nhiệt, thoát nước rỉ làm cho ẩm độ của nguyên liệu giảm nhanh hơn.Việc đảo trộn đƣợc thực hiện 3 lần/tuần để giúp vi sinh vật tiếp xúc đều hơn với nguyên liệu và tránh yếm khí xảy ra ở đáy nguyên liệu.

Phương pháp bố trí các nghiệm thức thử nghiệm:

Lục bình đƣợc cho vào mô hình thử nghiệm theo hình luống dài rộng ở đáy và hẹp dần lên đỉnh. Thử nghiệm đƣợc tiến hành với lƣợng lục bình là 3 Kg/NT, mỗi nghiệm thức đƣợc lặp lại 3 lần.Trong 5 nghiệm thức đƣợc thực hiện thì có 4 nghiệm thức (LB1, LB2, LBT1, LBT2) đƣợc đặt trong mô hình, nghiệm thức LBK đƣợc trải trên bạt HDPE và phơi khô tự nhiên trong cùng điều kiện với các nghiệm thức còn lại.Các nghiệm thức đƣợc thực hiện bao gồm:

 LB1: lục bình đặt trong mô hình có phủ bạt HDPE 0.3mm

 LB2: lục bình đặt trong mô hình không phủ bạt HDPE

 LBT1: lục bình + Trichoderma đặt trong mô hình có phủ bạt HDPE 0.3mm

 LBT2: lục bình + Trichoderma đặt trong mô hình không phủ bạt HDPE

 LBK: lục bình phơi khô tự nhiên trên bạt HDPE 0.3mm Ghi chú:

 Chế phẩm sinh học Trichoderma đƣợc bổ sung với nồng độ 2.5g/Kg nguyên liệu

 Mỗi NT đƣợc theo dõi và đo đạc các chỉ tiêu đến khi ẩm độ đạt 65% thì dừng lại.

Theo dõi thử nghiệm:

 Ẩm độ, pH: tần suất 3 lần/tuần

 Chỉ tiêu cảm quan: ghi nhận sự thay đổi trong quá trình thử nghiệm 3.3.4 Thử nghiệm 2.Khảo sát phương pháp tiền xử lý bùn biogas

Hình 3.3.2b .Bố trí thử nghiệm thức khảo sát TXL nguyên liêu

Mục đích thử nghiệm: Thử nghiệm 2 được tiến hành nhằm mục đích tìm ra phương pháp TXL giúp làm giảm ẩm độ của bùn biogas xuống mức 65% để trở thành nguyên liệu thích hợp cho ủ phân compost nhanh và hiệu quả nhất. Dựa trên kết quả của Thử nghiệm 2, Thử nghiệm 3 sẽ áp dụng phương pháp tối ưu được chọn để tiến hành TXL khoảng 60 Kg LB làm nguyên liệu cho thử nghiệm ủ phân compost (Thử nghiệm 4).

Thử nghiệm 2 được tiến hành thông qua phương pháp lọc cơ học bao gồm 2 nghiệm thức với NT B1 là sử dụng vật liệu lọc là lớp vật liệu cát sỏi dày 10cm (lớp sỏi bên dưới dày 5cm, lớp cát bên trên dày 5cm) và NT B2 sử dụng vật liệu lọc là vải địa kỹ thuật không dệt ART-09, mỗi nghiệm thức sử dụng khoảng 0.05m3 bùn biogas phân heo với độ lặp lại là 3 lần mỗi nghiệm thức.

Phương pháp TXL bùn bằng mô hình lọc cát sỏi:

Thiết kế mô hình:

Hình 3.3.4a: Mô hình TXL bùn biogas bằng vật liệu lọc cát sỏi

Thuyết minh mô hình: thử nghiệm được thực hiện trong mô hình có kích thước các chiều là dài x rộng x cao=50cm x 40 cm x 40cm. Mô hình gồm 2 phần chính là: phần thể tích chứa vật liệu lọc và phần thể tích chứa bùn.

 Phần thể tích chứa vật liệu lọc có lích thước dài x rộng x cao=50cm x 40cm x 10cm (khoảng 0.02m3), ống thu nước rỉ bằng nhữa, có đục lỗ được đặt ở giữa và dọc theo chiều dài mô hình để thu nước rỉ ra bên ngoài.

 Phần thể tích chứa bùn có kích thước dài x rộng cao=50cm x 40 cm x 30 cm, có thể tích khoảng 0.06m3, bùn bên trong mô hình được ngăn cách với lớp vật liệu lọc bên dưới qua tấm lưới cước nhuyễn

Phương pháp TXL bùn bằng mô hình lọc qua lớp vải địa kỹ thuật ART-09 Thiết kế mô hình

Hình 3.3.4b: Mô hình TXL bùn biogas bằng vật liệu lọc qua lớp vải đại kỹ thuật không dệt

Thuyết minh mô hình: thử nghiệm được thực hiện trong mô hình có kích thước các chiều là dài x rộng x cao=50cm x 40 cm x 40cm. Mô hình gồm 2 phần chính là: phần thể tích thu nước rỉ và phần thể tích chứa bùn, ngăn giữa 2 phần trên là lớp vật liệu lọc bằng VĐKT KD ART-09:

 Phần thể tích thu nước rỉ có kích thước dài x rộng x cao=50cm x 40cm x 10cm (khoảng 0.02m3), có ống nhựa dẻo được đặt ở góc mô hình để thu và dẫn nước rỉ ra bên ngoài.

 Phần thể tích chứa bùn có kích thước dài x rộng cao=50cm x 40 cm x 30 cm, có thể tích khoảng 0.06m3, bùn bên trong mô hình đƣợc bao bọc bởi lớp VĐKT không dệt giúp bùn không chảy tràn xuống phân thể tích bên dưới

Bố trí thử nghiệm TXL bùn biogas: bùn biogas đƣợc cho vào mô hình thử nghiệm với lƣợng khoảng 0.05m3/NT, mỗi NT dƣợc lặp lại 3 lần với 2 nghiệm thức sau:

B1: TXL bùn biogas bằng mô hình lọc qua lớp cát, sỏi

B2: TXL bùn biogas bằng mô hình lọc qua lớp VĐKT KD

Theo dõi các chỉ tiêu: theo dõi ẩm độ của bùn với tần suất 3 lần/tuần đến khi ẩm độ đạt 65% thì dừng lại.

3.3.5 Thử nghiệm 3.Tiền xử lý nguyên liệu.

Thử nghiệm 3 đƣợc tiến hành dựa trên cơ sở Thử nghiệm 1 và Thử nghiệm 2, áp dụng phương pháp tiền xử lý nguyên liệu của các nghiệm thức đạt yêu cầu đề ra để xử lý lƣợng nguyên liệu lớn hơn để làm thử nghiệm ủ phân compost (Thử nghiệm 4).

Bố trí nghiệm thức: Thử nghiệm 3 đƣợc tiến hành với 3 nghiệm thức gồm 2 nghiệm thức tiền xử lý lục bình và 1 nghiệm thức tiền xử lý bùn biogas với không lần lặp lại. Đối với nghiệm thức tiền xử lý lục bình, lƣợng nguyên liệu đƣợc tiền xử lý là khoảng 60Kg/NT, bao gồm 2 nghiệm thức; đối với nghiệm thức tiền xử lý bùn biogas, lƣợng bùn biogas đƣợc tiền xử lý trong thử nghiệm này là khoảng 60 Kg bùn thải đặt trong mô hình đạt yêu cầu ở Thử nghiệm 2.

Theo dõi các chỉ tiêu: việc đo đạc các chỉ tiêu nhằm mục đích xác định thời điểm kết thúc thí nghiệm 3 để bắt đầu thửu nghiệm tiếp theo. Các chỉ tiêu theo dõi trong thử nghiệm 3 và tần suất đo đạc bao gồm:

Chỉ tiêu đo đạc Tần suất

 Ẩm độ

 Màu sắc, mùi, côn trùng

:1 lần/ngày

:theo dõi suốt thời gian thử nghiệm Thử nghiệm đƣợc đƣợc thực hiện đến khi cả 3 nghiệm thức đều đạt ẩm độ ≤65% thì dừng lại và tiến hành Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost.

3.3.6 Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost

Mục đích thử nghiệm: Thử nghiệm 3 đƣợc thực hiện nhằm mục đích sử dụng nguyên liệu lục bình, bùn biogas đã qua tiền xử lý để ủ bán hiếu khí thành sản phẩm phân compost và đánh giá chất lƣợng phân sau ủ.

Thử nghiệm đƣợc tiến hành ủ phân hữu cơ hiếu khí đánh luống và cấp khí tự nhiên, bên trên mẻ ủ có phủ bạt HDPE 0.5mm, có lỗ thoát khí nhằm giữ nhiệt và duy trì độ ẩm cho mẻ ủ.

Thiết kế mô hình ủ compost thử nghiệm:

Cả hai nghiệm thức ở thử nghiệm 4 đƣợc đạt trong mô hình thử nghiệm với độ lặp lại là 3 lần cho mỗi nghiệm thức

Hình 3.3.6. Bản vẽ thiết kế mô hình ủ phân compost Thuyết minh:

 Mô hình ủ thử nghiệm có kích thước Dài x rộng x cao = 0.6m x 0.4m x 0.1m làm bằng mút xốp. Tính từ đáy lên bao gồm: Mút xốp=>Bạt HDPE 0.5mm=>lớp đá 2-3 (dày 3cm)=>lưới cước nhuyễn=> nguyên liệu=>Bạt HDPE có lỗ thoáng khí. Mô hình gồm 2

phần chính: phần thu nước rỉ bên dưới và phần thể tích chứa nguyên liệu, ngăn cách giữa 2 phần là lớp lưới cước nhuyễn

 Phần chứa nguyên liệu dùng để chứa nguyên liệu ủ, khả năng chứa khoảng 10 Kg nguyên liệu

 Thiết kế trên giúp tạo độ thông thoáng ở đáy mẻ ủ, tránh nước rỉ đọng ở phần nguyên liệu bên dưới gây yếm khí sinh mùi hôi. Mô hình được bố trí bạt HDPE có lỗ thông khí phủ bên trên giúp mẻ ủ giữ ẩm, giữ nhiệt nhƣng mẻ ủ vẫn có thể trao đổi khí với môi trường bên ngoài.

Bố trí thử nghiệm:

 Nguyên liệu: dựa trên kết quả thí nghiệm TXL LB lựa chọn 2 phương pháp có hiệu quả nhất. Thực hiện TXL khoảng 30Kg LB cho mỗi phương pháp để làm nguyên liệu ủ phân. Bùn biogas sau TXL đƣợc giữ lại để phối trộn với LB đã TXL với tỉ lệ 1:1 làm nguyên liệu ủ phân thử nghiệm.

 Trong quá trình thử nghiệm, ẩm độ đƣợc kiểm tra 3 lần/tuần để tính toán bổ sung nước nhằm duy trì ẩm độ thích hợp cho mẻ ủ. Lượng nước tưới lên đống ủ được tính toán để đảm bảo ẩm độ đổng ủ đạt 60% theo công thức :

Với:

m: khối lƣợng vật liệu (30kg) A: ẩm độ của vật liệu

X: lượng nước cần tưới (kg) với D= 1000g/l

Nghiệm thức thử nghiệm: các nghiệm thức đƣợc đặt tên lần lƣợt là CP1 và CP2. Thử nghiệm đƣợc tiến hành trong mô hình với lƣợng nguyện liệu là 10Kg nguyên liệu /NT (5

(Lê Hoàng Việt, 2013)

Kg LB và 5 Kg bùn biogas), với độ lặp lại là 3 lần, gộp lại thành mẻ ủ 30Kg để tránh mất nhiệt, có bạt HDPE ngăn giữa các NT.

 Tần suất đảo trộn: 2 lần/tuần

Trong Thử nghiệm 4, các chỉ tiêu vật lý, hóa học, thành phần dinh dƣỡng đều đƣợc theo dõi và tiến hành đo đạc, cụ thể nhƣ sau:

Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Tần suất đo đạc

 Nhiệt độ (oC) :1 lần/ngày

 pH - :3 lần/ tuần

 Độ ẩm (%) :3 lần/tuần

 Độ sụt giảm khối lƣợng (Kg) :2 lần (bắt đầu và kết thúc thử nghiệm)

 Chất hữu cơ (%) :2 lần (bắt đầu và kết thúc thử nghiệm)

 Cacbon hữu cơ tổng số (TOC) (%) :2 lần (bắt đầu và kết thúc thử nghiệm)

 N tổng số (TN) (%) :2 lần (bắt đầu và kết thúc thử nghiệm)

 P2O5 hữu hiệu (%) :Phân tích sản phẩm phân compost sau ủ

 K2O hữu hiệu (%) :Phân tích sản phẩm phân compost sau ủ

 Chỉ tiêu cảm quan - :Theo dõi và ghi nhận trong suốt thời gian thử nghiệm

3.3.7 Phương pháp đề xuất quy trình xử lý bùn biogas kết hợp lục bình làm phân compost

Kết quả Thử nghiệm 4.Tiến hành ủ phân compost