CHƢƠNG MỞ ĐẦU 1.1 TỔNG QUAN Tăng trưởng kinh tế gắn liền với gia tăng nhu cầu tiêu thụ lượng Tăng trưởng kinh tế nhanh đòi hỏi nguồn lượng sử dụng lớn Với tốc độ phát triển kinh tế giới nhu cầu tiêu thụ lượng, nguồn lượng truyền thống cạn kiệt dần Khi sử dụng mức nguồn lượng truyền thống gây tác động xấu đến môi trường dẫn đến tượng nóng lên Trái đất Vì nên tìm kiếm nguồn lượng thay cho lượng truyền thống vấn đề đặt hàng đầu Nguồn lượng phải nguồn lượng sạch, an toàn, công nghệ đơn giản, không đắt tiền, bảo vệ môi trường Khí sinh học cung cấp nguồn lượng tái tạo từ vật liệu chất hữu thay củi nhiên liệu hóa thạch (Phan Thị Thanh Thảo, 2011) Ở Việt Nam, khí sinh học biết đến năm 1960 Trải qua 50 năm phát triển, khí sinh học ngày phát triển rộng rãi từ quy mô sản xuất nhỏ vài mét khối sang quy mô sản xuất lớn vài nghìn đến vài chục nghìn mét khối từ lĩnh vực chăn nuôi sang lĩnh vực công nghiệp, khu vực nông thôn sang khu vực thành thị Đặc biệt Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL), có nghiên cứu bật công nghệ sinh học Đối với nông nghiệp nước ta, chăn nuôi trâu bò ý phát triển làm nguồn cung cấp sức kéo thực phẩm Khi thực công nghiệp hoá, đại hoá nông nghiệp, nguồn sức kéo động vật thay dần động lực máy móc, song chăn nuôi trâu bò lại không bị loại bỏ mà tiếp tục phát triển Hiện nay, chăn nuôi bò sữa hộ gia đình áp dụng mạnh mẽ, đem lại nguồn thu nhập lớn từ sữa bò Phân bò dạng chất thải có nhiều chất dinh dưỡng dùng để làm phân hữu để bón cho trồng Phân bò chất thải động vật có tiềm to lớn cho sản xuất khí sinh học với thành phần khí mê-tan chiếm 67,9 % (Ukpai, P A and Nnabuchi, M N, 2012) Phân bò phơi khô bóng râm đem ủ yếm khí có thành phần khí chiếm khoảng 40% tỷ lệ C/N 30,27 (Nguyễn Thị Huỳnh Như Nguyễn Thị Ngọc Huyền, 2014) Trồng lúa nước hoạt động nông nghiệp ĐBSCL Bên cạnh bắp, loại dễ trồng đem lại suất cao, nông dân ý trồng xen canh số vùng Các phế phẩm bắp sau thu hoạch người dân bỏ đốt bỏ gây ô nhiễm môi trường Theo nhiều nhà nghiên cứu nước cho thấy thân bắp sử dụng nguồn nguyên liệu cho ủ khí sinh học mang lại hiệu cao ủ phối trộn với phân heo, phân bò Nghiên cứu so sánh sản xuất khí sinh học từ phân bò, đậu đũa sắn lột sử dụng 45 lít Biogas SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 (Ukpai, P A Nnabuchi, M N, 2012), phân có thành phần khí mê-tan cao 67,9% Theo Trương Minh Châu Vỏ Văn Đủ (2014) kết nghiệm thức tốt thân bắp cắt kích thước – 10 cm, tỷ lệ phối trộn với phân bò : ủ bình 21 L, sản lượng khí sinh học cộng dồn đạt 203,30 L 60 ngày đầu.Ủ phân bò với thân bắp thực mô hình theo mẻ, so sánh kích thước, tỷ lệ nạp để đánh giá khả sinh khí sinh học chứng minh thân bắp ủ phối trộn với phân bò sinh khí cao so với không phối trộn Việc đánh giá khả sinh khí ủ phân bò thân bắp mô hình bán liên tục chưa đánh giá Vì “Đánh giá khả sinh khí sinh học thân bắp phối trộn phân bò mẻ ủ yếm khí bán liên tục” đề xuất nghiên cứu 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Mục tiêu tổng quát: Tận dụng triệt để nguồn chất thải từ chăn nuôi bò phế phẩm nông nghiệp (thân bắp) làm nguồn nguyên liệu bổ sung thay cho nguyên liệu nạp cho mẻ ủ khí sinh học tạo lượng sử dụng cho quy mô nông hộ - Mục tiêu cụ thể: + So sánh tổng lượng khí thành phần CH4 sinh mô hình bình ủ bậc bậc + So sánh tổng lượng khí thành phần CH4 sinh túi khí túi khí mô hình bậc + Đánh giá tính ổn định mẻ ủ bán liên tục theo thời gian, theo giá trị pH lượng khí sinh ngày SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 CHƢƠNG LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 GIỚI THIỆU VỀ KHÍ SINH HỌC VÀ THÀNH PHẦN KHÍ SINH HỌC Khí sinh học (Biogas) sản xuất chủ yếu thông qua phân hủy yếm khí động vật chất hữu thực vật tác động vi khuẩn Thành phần chủ yếu khí sinh học khí mê-tan (CH4) khí cacbonic (CO2), CH4 chiếm số lượng nhiều Khí sinh học chủ yếu bao gồm mê-tan (55 - 70%) carbon dioxide (30 - 45%) số khí khác N2, H2S, O2 Bảng 2.1 Thành chất khí khí sinh học Thành phần Tỷ lệ (%) Mêtan (CH4) 55 – 70% Cacbonic (CO2) 30 – 45% Nitơ (N2) – 3% Hydro (H2) – 1% Sulfua hydro (H2S) 200 – 4000 ppm ( theo thể tích) Năng lượng 20 – 25 MJ/m3 chuẩn (Nguồn: RISE–AT, 1998 trích dẫn từ Lê Hoàng Việt Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014) Vi khuẩn sinh khí CH4 vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, chúng chuyển hóa rượu axit hữu thành CH4 CO2 Mê-tan sinh trình khử CO2 tác dụng chủng Methanobacterum M.O.H (Nguyễn Lân Dũng, Phạm Đình Tuyến, Phạm Văn Ty, 2007) Bảng 2.2 Năng suất sinh khí methane số phụ phẩm nông nghiệp Loại vật liệu Năng suất Methane (lít/kg) Tỷ lệ CH4 (%) Phân bò 180 – 250 60 – 70 Phân heo 210 – 300 58 – 60 Phân gia cầm 350 – 400 58 – 65 Cây, cỏ xanh 250 – 450 55 – 62 Rơm 150 – 180 60 – 62 Xác trái ép 300 – 450 60 – 65 (Nguồn: Huỳnh Ngọc Điền Sử dụng tốt phụ phẩm nông nghiệp để tăng thu nhập, websitehttp://www.khuyennongtphcm.com/index.phpmnu=3&s=600012&id=1114) SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 2.2 LỢI ÍCH CỦA KHÍ SINH HỌC Ở nước ta, quy trình ủ yếm khí để thu hồi lượng phát triển không lâu, khoảng đầu thập niên 60, mang lại nhiều lợi ích mặt xã hội, nông nghiệp môi trường 2.2.1 Giải vấn đề chất đốt Sự phát triển khí sinh học bước tiến quan trọng để giải vấn đề chất đốt Việt Nam Khí sinh học thu từ nguồn phế phẩm dồi hoạt động nông nghiệp, thay cho nhiên liệu rắn than củi trình đun nấu Khí sinh học dùng để thắp sáng để đáp ứng nhu cầu cho người 2.2.2 Kích thích chăn nuôi trồng trọt Phân người súc vật, rơm rạ thực vật trở thành phân bón sau lên men hầm biogas Sau ủ, chất bã thải hầm hầm lượng dinh dưỡng cao, tận dụng bã thải để bón cho trồng nguồn thức ăn cho cá Theo Kaur et al, (1987), nuôi cá với chất thải hầm ủ biogas cho tăng trưởng gấp 3,5 lần Cá nuôi với bã thải hầm ủ biogas tăng trưởng nhanh nuôi với phân chuồng (Pich Preston, 2001) 2.2.3 Khí sinh học cải thiện sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trƣờng Việc sử dụng công trình khí sinh học góp phần quan trọng giảm ô nhiễm môi trường chất thải chăn nuôi (ước tính xử lý 7,5 - triệu chất thải chăn nuôi/năm) Thêm vào đó, sử dụng khí sinh học làm chất đốt nhằm giảm tiêu thụ gỗ củi phục vụ mục đích khác góp phần giảm bệnh mắt, phổi khói bụi gây đun nấu góp phần giảm đáng kể lượng khí nhà kính phát thải vào môi trường (Phạm Ninh Hải, 2010 Hiệu việc sử dụng công nghệ sinh học, website http://www.haiduongdost.gov.vn/index.php?opti on=com_content&view=article&id=2017:hiu-qu-ca-vic-s-dng-cong-ngh-khi-sinhhc &catid=52:tin-tc&Itemid=68) 2.2.4 Khí sinh học dùng để chạy máy phát điện Khí sinh học dùng để chạy máy phát điện công suất nhỏ quy mô hộ gia đình số động khác Điển hình động máy phát điện chạy khí sinh học loại động thì, có công suất 1,5kW với vòng quay khoảng 3000 vòng/phút đường kính xi lanh 60mm, hành trình pitton 46mm (Đặng Hữu Thành, 2007) SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 2.3 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP Ủ YẾM KHÍ TRONG SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC 2.3.1 Phƣơng pháp ủ yếm khí theo mẻ Nguồn nguyên liệu nạp vào hầm ủ lần nhất, sau lượng chất mồi thêm vào đậy kín đảm bảo điều kiện yếm khí hoàn toàn, trình sinh khí diễn thời gian lượng khí sinh giảm thấp không đáp ứng nhu cầu sử dụng toàn chất thải hàm ủ lấy chừa lại khoảng 10 – 20% để làm chất mồi cho mẻ ủ tiếp theo, sau nguồn nguyên liệu nạp vào mẻ ủ trình ủ tiếp tục diễn Nguyên liệu để áp dụng phương pháp ủ theo mẻ thường nguyên liệu khó phân hủy có thời gian phân hủy tương đối dài, chẳng hạn nguyên liệu thực vật có thời gian phân hủy kéo dài từ – tháng (Nguyễn Quang Khải, 2009) 2.3.2 Phƣơng pháp ủ yếm khí bán liên tục Trong phương pháp ủ bán liên tục nguyên liệu nạp vào hầm ủ lần/ngày thời gian nạp lượng chất thải hẩm ủ thải bên Đối với phương pháp đòi hỏi phải có nguồn nguyên liệu thường xuyên liên tục thể tích hầm ủ tương đối lớn để làm nhiệm vụ ủ phân chứa khí Trong phương pháp ủ yếm khí bán liên tục tổng thể tích khí sinh đơn vị trọng lượng chất hữu thường cao 2.3.3 Phƣơng pháp ủ yếm khí liên tục Đối với phương pháp ủ yếm khí liên tục việc nạp nguyên liệu lấy chất thải hầm ủ tiến hành cách liên tục lượng nạp giữ ổn định cách cho chảy vào hầm ủ Phương pháp ủ thường dùng để xử lý loại nước thải có hàm lượng chất rắn thấp Chất mồi phương pháp ủ yếm khí liên tục thường chất thải lấy từ hầm ủ phân gia súc hầm ủ hoạt động ổn định sau 20 – 30 ngày kể từ bắt đầu trình ủ Thời gian hầm ủ hoạt động phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguồn nguyên liệu nạp lượng chất mồi bổ sung vào hầm ủ 2.4 CƠ CHẾ VÀ CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH SINH KHÍ SINH HỌC 2.4.1 Cơ chế trình sinh khí sinh học Quá trình lên men yếm khí chất hữu trình diễn phức tạp liên quan đến hàng trăm phản ứng phản ứng xúc tác enzyme khác điều kiện yếm khí Trong trình chất hữu phức tạp, cacbonhydrat, protein, chất béo, axit amin chất béo chuỗi dài bị phân hủy vi khuẩn tạo chất hữu đơn giản dễ phân hủy, sản phẩm giai đoạn thủy phân bị vi khuẩn sinh axit phân hủy tạo sản phẩm trung gian axit propionic, axit acetic, axit butyric axit béo mạch dài ethanol sau sản SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 phẩm chuyển thành khí CH4, CO2 số chất khí khác Nhưng chủ yếu khí CH4 sinh sinh vi khuẩn sinh khí metan Quá trình sinh khí sinh học chia thành giai đoạn: giai đoạn thủy phân (1), giai đoạn sinh axit (2), giai đoạn sinh axit acetic (3), giai đoạn sinh khí metan (4); giai đoạn có loại vi khuẩn khác tham gia vào trình phân hủy a Giai đoạn thủy phân Giai đoạn thủy phân xem giai đoạn trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu Trong giai đoạn hợp chất hữu cao phân tử protein, chất béo, cacbohydrat, cellulose, lignin phân hủy enzyme ngoại bào sản phẩm trung gian giai đoạn chất hữu phân tử nhỏ, hòa tan làm nguyên liệu cho vi khuẩn giai đoạn Các phản ứng thủy phân giai đoạn biến đổi protein thành axit amin, cacbohydrat thành đường đơn, chất béo thành axit béo chuồi dài Tuy nhiên chất hữu cellulose, lignin khó phân hủy thành chất hữu đơn giản giai đoạn hoạt động chậm vi khuẩn giai đoạn SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 Các chất hữu phức tạp Cacbohydrat, chất béo protein Vi khuẩn thủy phân (1) Chất hữu đơn giản Đường đơn, axit béo amino axit Vi khuẩn sinh axit (2) Sản phẩm trung gian Propionate, butyrate, ethanol, Acetate (3) Vi khuẩn sinh axit aceic Acetate CO2 + H2 CH4 + CO2 (4) Hình 2.1 Các giai đoạn trình sinh khí sinh học (Nguồn: Qu et al., 2009 trích dẫn từ Huỳnh Công Khánh, 2014) b Giai đoạn sinh axit Trong giai đoạn sinh axit VSV yếm khí chuyển hóa hợp chất hữu đơn giản thành axit acetic (1), axit propionic (2) axit butyric (3), axit lactic (4), gốc rượu (5), H2 CO2 vi khuẩn sinh axit Nồng độ H+ ảnh hưởng đến sản phẩm trình lên men yếm khí Khi nồng độ H+ tăng cao hợp chất hữu acetate giảm Nhìn chung giai đoạn loại đường đơn giản, axit béo axit amin chuyển đổi thành axit hữu gốc rượu (Gerardi, 2003 trích dẫn từ Huỳnh Công Khánh, 2014) SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 C6H12O6 + 2H2O 3C6H12O6 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2 4CH3CH2COOH + 2CH3COOH + 2CO2 + 2H2O (1) (2) C6H12O6 CH3CH2CH2COOH + 2CO2 +2H2 (3) C6H12O6 2CH3CH2OHCOOH (4) C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 (5) c Giai đoạn sinh axit acetic Các sản phẩm từ giai đoạn sinh axit làm chất cho vi khuẩn giai đoạn axit acetic Chúng có chức chuyển hóa hợp chất axit propionic, axit butyric, axit lactic, alcohol thành CO2 chủ yếu axit acetic (CH3COOH) Để tạo axit acetic vi khuẩn cần lượng O2 CO2 Chúng lấy oxi hòa tan nguyên liệu oxi liên kết tạo môi trường yếm khí thuận lợi cho vi khuẩn sinh mê-tan hoạt động Trong giai đoạn axit hữu gốc rượu chuyển đổi thành acetate (CH3COO-), acetate chất cho vi khuẩn trình tạo thành khí mê-tan d Giai đoạn sinh khí metan Trong giai đoạn vi khuẩn sinh khí metan lại tiếp tục phân hủy hợp chất có phân tử lượng thấp cacbonic axit axetic thành CH4 CO2 phản ứng xãy điều kiện hoàn toàn yếm khí Hầu hết vi khuẩn sinh mê-tan bể phân hủy thực qua phản ứng sau: phản ứng (8) sử dụng chất CH3COO-, phản ứng (9,10) sử dụng chất H2 Các phản ứng sinh hóa trình sinh khí mê-tan diễn sau: Nguyên liệu CO2 + H2 + Acetate (6) Nguyên liệu Propionic + Butyric + Ethanol (7) CH3COO- + H2O 4H2 + HCO3CO2 + 4H2 CH4 +HCO3- + Năng lượng CH4 + 3H2O + Năng lượng CH4 + 2H2O (8) (9) (10) Trong vi khuẩn sinh khí mê-tan sử dụng axit acetic, gốc rượu, CO2 H2 để sản xuất mê-tan, khoảng 70% khí mê-tan sản sinh từ axit acetic, phần lại sản xuất từ CO2 H2 2.5 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC 2.5.1 Các yếu tố vật lý a Nhiệt độ Nhiệt độ yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng trình trao đổi chất vi khuẩn SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 Theo u Fang (2002) cho trình phân hủy sinh học điều kiện yếm khí nằm dãy nhiệt độ khác bao gồm: ưu nhiệt độ thấp (4 – 20 oC), ưu ấm (20 – 50oC) ưu nhiệt (50 – 60oC) Nhiệt độ biến đổi ngày ảnh hưởng đến tốc độ sinh khí, nhiệt độ thích hợp cho hoạt động tối ưu VSV khoảng 31 – 36oC (Lâm Minh Triết Lê Hoàng Việt, 2009) Trong mẻ ủ phân bò thân bắp, ảnh hưởng điều kiện nhiệt độ môi trường nên nhiệt độ cao 31oC, nhiệt độ thấp khoảng 26oC (Võ Văn Đủ Nguyễn Minh Châu, 2014) b Ẩm độ nguyên liệu - Ủ yếm khí ướt thông thường áp dụng để xử lý để xử lý chất thải từ phân động vật Ẩm độ vật liệu yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình sinh khí mê-tan mẻ ủ yếu tố môi trường khác Đối với mẻ ủ vận hành nồng độ chất rắn thấp hàm lượng chất rắn nguyên liệu nạp cho mẻ ủ nên điều chỉnh mức – 10 % lại 90 – 95% nước Sự hoạt động bình thường vi khuẩn mê-tan cần khoảng 90% nước để ủ vật liệu thải – 10 % chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2001) Độ ẩm thích hợp trung bình nguyên liệu 60% độ ẩm cao 96% tốc độ phân hủy chất hữu giảm, sản lượng khí sinh học tạo ít, độ ẩm nhỏ 20% cản trở trình phát triển vi sinh vật Ẩm độ thích hợp cho hoạt động vi sinh vật 91,5 – 96% - Ủ yếm khí khô: trình ủ yếm khí khô đóng vai trò quan trọng lĩnh vực công nghệ sinh học đặc biệt sản xuất nguồn lượng phân hủy hữu cung cấp cho trồng Nguồn nguyên liệu sử dụng cho trình sinh khí sinh học theo phương pháp ủ yếm khí khô thường thân bắp, rơm rạ, lục bình Bên cạnh ảnh hưởng ẩm độ, yếu tố nồng độ chất rắn, nhiệt độ, thời điểm bắt đầu, dung dịch đệm ý trình ủ yếm khí khô chúng ảnh hưởng lên tỉ lệ sản lượng khí Theo Liu et al., (1987) ủ yếm khí khô hiệu áp dụng xử lý thực vật c Kích cỡ vật liệu Kích cỡ vật liệu nạp ảnh hưởng đến trình sinh khí mê-tan trình ủ yếm khí Kích thước vật liệu phải phù hợp không dẫn đến tắc nghẽn mẻ ủ gây khó khăn cho vi khuẩn thực trình phân hủy yếm khí Kích cỡ vật liệu nhỏ trình phân hủy diễn dễ dàng VSV tiếp xúc dễ dàng với bề mặt vật liệu tăng hiệu suất sinh khí d huấ trộn Khuấy trộn nguyên liệu trình ủ cần thiết để trì tính đồng chất lỏng hỗn hợp ủ Làm nguyên liệu vào tiếp xúc vi khuẩn, ngăn chặn hình thành cặn bã tránh phân tán nhiệt độ rõ rệt mẻ ủ Khi không khuấy trộn, nguyên liệu mẻ ủ thường phân thành lớp: lớp lớp váng, lớp lớp lỏng lớp đáy lớp cặn lắng Bên cạnh đó, phân bố VSV môi trường ủ không đồng đều; đó, phân hủy chất diễn SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 yếu nguyên liệu tích tụ đọng lại Vì khuấy trộn khắc phục nhược điểm trên, khiến trình phân hủy xảy đồng nhanh Tuy nhiên theo nghiên cứu Hala and Richard (2008) khuấy trộn làm tăng giảm thể tích khí mê-tan sinh ngày Khuấy trộn cho phép VSV phân giải cách tích cực dẫn đến tượng khuấy trộn không đủ Khi khuấy trộn nhiều lần làm cho vi khuẩn tiếp xúc với chất làm giảm hiệu phân hủy chất trình thủy phân làm giảm lượng khí mê-tan sinh ngày 2.5.2 Các yếu tố hóa học a pH pH thông số quan trọng ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển VSV trình lên men yếm khí pH hỗn hợp nguyên liệu nạp mẻ ủ dao động từ – tạo môi trường tốt cho trình phân hủy yếm khí Quá trình lên men mê-tan diễn ổn định pH nằm khoảng 7,2 – 8,2 (Monnet, 2013 trích dẫn từ Lê Hoàng Việt Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014) pH ủ theo mẻ phân bò với thân bắp cao 7,7 giao động trung bình khoảng 7,2 (Võ Văn Đủ Nguyễn Minh Châu, 2014) Giá trị pH hầm ủ xuống thấp tích lũy nhiều axit hữu hầm ủ nạp tải vi khuẩn mê-tan sử dụng không kịp lượng axit sinh Bên cạnh nguyên liệu nạp chứa thành phần độc tố gây ức chế hoạt động vi khuẩn mê-tan Khi giá trị pH mẻ ủ thấp, pH cần điều chỉnh điều kiện phù hợp để VSV phát triển Thông thường trình nạp vào mẻ ủ tạm ngưng nạp cho vi khuẩn sinh mê-tan sử dụng hết axit thừa Khi hầm ủ đạt lại độ sinh khí bình thường trở lại nạp nguyên liệu lại cho hầm ủ theo lượng quy định Ngoài lấy bớt dịch men bổ sung thêm nguyên liệu tươi nước nhầm làm loãng axit bay tăng giá trị pH Bên cạnh dùng vôi CaCO dùng NaOH pH thấp b Các a it od a (VFAs) xit béo dễ bay sản phẩm trung gian trình phân hủy yếm khí có khả ức chế vi khuẩn sinh khí metan tồn nhiệt độ cao Quá trình phân hủy yếm khí làm thay đổi giá trị pH sản sinh axit béo nồng độ TVF s lớn hon 4g/l (tương ứng với 66,7mmol/L) làm cho trình phân hủy bị ức chế ( Huỳnh Công Khánh, 2014 trích từ Siegert and Banks, 2005).Thành phần TVF s thường axit acetic, axit propionic axit butyric Trong đó, axit acetic thường có nồng độ cao axit béo khác trình phân hủy yếm khí c Độ kiềm (alkalinity) Độ kiềm dung dịch khả trung hòa axit dung dịch Đơn vị độ kiềm thường tính mgCaCO3/L Độ kiềm kiềm lại thay đổi đột ngột SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 10 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Kết thí nghiệm ủ yếm khí bán liên tục với mô hình bậc bậc quy mô phòng thí nghiệm 105 ngày đạt số kết sau: - Lượng khí sinh ngày nghiệm thức 100%TB1 bậc 100%TB2 bậc, 50%PB + 50%TB1 bậc 50%PB + 50%TB2 bậc không khác biệt mức ý nghĩa 5% Tổng khí biogas cộng dồn 105 ngày nghiệm thức 100%TB2 bậc cao với 452,29 lít Lượng khí sinh túi khí thứ mô hình bình ủ bậc sinh ta thấp túi khí thứ Do nạp bán liên tục nên thể tích khí sinh ngày liên tục ổn định Thể tích khí sinh nghiệm thức mô hình bậc; bậc có khác mức ý nghĩa 5% - Thành phần phần trăm CH4 nghiệm thức 45%, túi mô hình bình ủ bậc thành phần CH4 thấp túi - Nhiệt độ nghiệm thức dao động khoảng 25oC – 28oC, nghiệm thức 100%PB1 bậc 100%PB2 bậc khoảng 25,5oC – 28,5oC - Nhìn chung pHđầu vào nghiệm thức thấp pHđầu pH nghiệm thức lên xuống phụ thuộc vào nguyên liệu nạp trình phân hủy nguyên liệu nằm khoảng sinh khí thích hợp pH mô hình bậc ổn định pH mô hình bậc - Nước thải biogas dùng để tiền xử lý nguyên liệu có pH = 7,49, nước sau tiền xử lý có pH = 5,25 - Độ kiềm nghiệm thức 103 ngày thí nghiệm nằm khoảng thích hợp thuận lợi cho trình sinh học nằm khoảng 1095 – 1700 mgCaCO3/L - Mật độ tổng coliform cao hệ thống ủ bán liên tục nên tổng coliform cung cấp dưỡng chất để trì ổn định 5.2 KIẾN NGHỊ - Không nên nạp nước TXL vào để hạn chế pH bình ủ xuống thấp nên rửa lại bắp lại để hạn chế độ chua nấm móc - Các túi khí sau tháo khỏi hệ thống nên tiến hành đo không nên trữ, trữ lại oxy lọt vào túi khí - Nên có thêm nghiên cứu cắt nhỏ nguyên liệu bắp chiều dài – cm để nguyên liệu qua bình ủ thứ hai mô hình ủ bậc - Nên lấy phân bò tươi phơi bóng râm tránh lấy sớm ảnh hưởng đến chất lượng phân bò làm giảm khả sinh khí SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt Lê Hoàng Việt Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014 Kỹ thuật xử lý nước thải Tập 1, Tập 2.NXB Đại học Cần Thơ Nguyễn Thị Ngọc Huyền Nguyễn Thị Huỳnh Như, 2014 Ảnh hưởng kích thước khác đến khả sinh khí bèo tai tượng thân bắp phối trộn với phân bò mẻ ủ yếm khí Trương Thanh Nguyên, 2014 Đánh giá khả sinh khí sinh học mẻ ủ yếm khí bán liên tục phối trộn với rơm phân heo Đặng Hữu Thành, 2007 Nghiên cứu sử dụng khí biogas để chạy động máy phát điện trang trại chăn nuôi Võ Văn Đủ Trương Minh Châu, 2014 Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn đến khả sinh khí mẻ ủ yếm khí kết hợp phân bò, thân bắp bèo tai tượng Huỳnh Công Khánh, 2014 Đánh giá khả sinh khí lục bình phân heo mẻ ủ bán liên tục Lê Thị Thão Quyên, 2014 Ảnh hưởng kích cỡ khác đến khả sinh khí thân bắp mẻ ủ yếm khí Lâm Thành Ải, Nguyễn Thị Diễm Trang, 2014 Ảnh hưởng thời gian tiền xử lý khác lên khả sinh khí mẻ ủ yếm khí phối trộn phân bò với thực vật Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê Hoàng Việt, Nguyễn Đắc Cử Nguyễn Hữu Phong, 2011 So sánh khả sinh khí mẻ ủ yếm khí bán liên tục với nguyên liệu khác có nấm Trichodema Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ Trần Sỹ Nam, Huỳnh Văn Thảo, Huỳnh Công Khánh, Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn Hữu Chiếm, Lê Hoàng Việt Kjeld Ingvorsen, 2015 Đánh giá khả sử dụng rơm lục bình ủ yếm khí bán liên tục - ứng dụng túi ủ biogas polyethylene với quy mô nông hộ Tạp chí Khoa học Đại học cần Thơ Nguyễn Văn Thu, 2010 Kết bước đầu khảo sát sử dụng loại thực vật để sản xuất khí sinh học, Kỷ yếu Khoa học: Khép kín trình tuần hoàn dinh dưỡng chất vô hại đến vệ sinh từ hệ thống thủy lợi phi tập trung đồng sông Mê Kông NXB Đại hoc Cần Thơ Lâm Minh Triết Lê Hoàng Việt, 2009 Vi sinh vật nước nước thải.NXB Xây dựng Nguyễn Đức Lượng Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003 Công Nghệ sinh học môi trường Tập NXB Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Ngô Kế Sương Nguyễn Lân Dũng, 1997 Sản xuất khí đốt kỹ thuật lên men kỵ khí NXB Nông nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Niên Giám thống kê, 2014 Diện tích bắp phân theo địa phương, website http://gso.gov.vn/?tabid=628&ItemID=14277 Truy cập ngày 15/09/2015 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 47 Huỳnh Ngọc Điền, 2014 Sử dụng tốt phụ phẩm nông nghiệp để tăng thu nhập, website http://www.khuyennongtphcm.com/index.php?mnu=3&s=600 012&id=1114 Truy cập ngày 20/09/2015 Phạm Ninh Hải, 2010 Hiệu việc sử dụng công nghệ sinh học, website http://www.haiduongdost.gov.vn/index.php?option=com_content&view=article&id =2017:hiu-qu-ca-vic-s-dng-cong-ngh-khi-sinh-hc&catid=52:tin-tc&Itemid=68) Ngô Kim Chi, 2013 Phát triển công nghệ chuyển hóa tài nguyên sinh khối Biomass NXB Khoa học Công nghệ Số 14 – 6/2013 Tài liệu Tiếng Anh Baba Shelu Umar Ibn Abubakar Nair Ismail,2012 Anaerobic digestion of cow dung for biogas production ARPN Journal of Engineering and Appled Science Vol 7, NO.2, ISSN 1819 – 6608 Ukpai, P A and Nnabuchi, M N, 2012 Comparative study of biogas production from cow dung, cow pea and cassava peeling using 45 litres biogas digester Pelagia Research Library ISSN: 0976-8610 Sajeena Beevi B, Jose P P., G Madhu, 2014 Optimization of Process Parameters Affecting Biogas Production from Organic Fraction of Municipal Solid Waste via Anaerobic Digestion World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Environmental, Ecological, Geological and Geophysical Engineering Vol:8, No:1, 2014 A.O Adebayo, S.O Jekayinfa& B Linke, 2014 Anaerobic Co-Digestion of Cattle Slurry with Maize Stalk at Mesophilic Temperature American Journal of Engineering Research (AJER) e-ISSN : 2320-0847 p-ISSN : 2320-0936 Volume03, Issue-01, pp-80-88 www.ajer.org Momoh, O.L Yusuf; Nwaogazie, L Ify, 2008 Effect of Waste Paper on Biogas Production from Co-digestion of Cow Dung and Water Hyacinth in Batch Reactors Department of Civil and Environmental Engineering, University of Port-Harcourt, Choba, P.M.B 5323, Port Harcourt JASEM ISSN 1119-8362 Vol 12 (4) 95 – 98 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 48 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Thống kê so sánh thể tích sinh khí nghiệm thức trình ủ Bảng 1.1 Nghiệm thức 100%TB Group Statistics NT Thể tích khí N Mean Std Deviation Std Error Mean 100%TB1 bậc 30 13,6660 2,90822 ,53097 100%TB2 bậc 30 15,0767 2,90317 ,53004 Independent Samples test Levene’s Test for t-test for Equality of Means Equality of Variances F Thể Equal tích variances khí asumed Sig ,059 ,808 Equal variances not asumed t df -1,880 Sig (2- Mean tailed) Difference Std Eror Difference 58 ,065 -1,41067 ,75025 -1,880 58,000 ,065 -1,41067 ,75025 Bảng 1.2 Nghiệm thức 50%TB + 50%PB Group Statistics NT Thể tích khí N Mean Std Deviation Std Error Mean 50%TB + 50%PB1 bậc 30 9,4640 2,47908 ,45262 50%TB + 50%PB2 bậc 30 8,5411 2,16409 ,39511 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 49 Independent Samples test Levene’s Test for t-test for Equality of Means Equality of Variances F Thể Equal tích variances khí asumed Sig ,305 ,583 Equal variances not asumed t df Sig (2tailed) Mean Difference Std Eror Difference 1,536 58 ,130 ,92293 ,60081 1,536 56,961 ,130 ,92293 ,60081 Bảng 1.3 Nghiệm thức 100%PB Group Statistics NT Thể tích khí N Mean Std Deviation Std Error Mean 100%PB1 bậc 1,9388 1,02453 ,36222 100%PB2 bậc 1,3912 ,34667 ,12256 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 50 Independent Samples test Levene’s Test for t-test for Equality of Means Equality of Variances F Sig Thể Equal tích variances khí asumed t 1,310 ,272 df 1,432 Equal variances not asumed Sig (2- Mean tailed) Difference Std Eror Difference 14 ,174 ,54750 ,38240 1,432 8,582 ,188 ,54750 ,38240 Bảng 1.4 Thể tích khí sinh nghiệm thức mô hình bình ủ bậc Anova: Single Factor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 100%TB1 bậc 30 409,9833333 13,66611111 8,456792 bậc 30 283,9066667 9,463555556 6,148368 100%PB1 bậc 30 20,78 0,692666667 1,751617 50%PB+50%TB1 ANOVA Source Variation of SS df MS F Pvalue F crit Between Groups 2629,002259 3,28E1314,501129 241,0929 36 3,101296 Within Groups 474,3465093 87 5,452258727 Total 3103,348768 89 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 51 Test of Homogeneity of Variances thetichkhi Levene Statistic df1 df2 Sig 7,766 87 ,001 ANOVA thetichkhi Sum Squares Between Groups Within Groups Total of Mean Square Df 2629,005 474,300 87 3103,305 89 F Sig 1314,502 241,117 ,000 5,452 Post Hoc Tests Multiple Comparisons Dependent Variable:thetichkhi (I) (J) Mean nghie nghie Difference mthuc mthuc (I-J) LSD 95% Confidence Interval Std Error Lower Bound Sig Upper Bound 4,20200* ,60287 ,000 3,0037 5,4003 12,97333* ,60287 ,000 11,7751 14,1716 -4,20200* ,60287 ,000 -5,4003 -3,0037 8,77133* ,60287 ,000 7,5731 9,9696 -12,97333* ,60287 ,000 -14,1716 -11,7751 -8,77133* ,60287 ,000 -9,9696 -7,5731 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 52 Multiple Comparisons Dependent Variable:thetichkhi (I) (J) Mean nghie nghie Difference mthuc mthuc (I-J) LSD 95% Confidence Interval Std Error Lower Bound Sig Upper Bound 4,20200* ,60287 ,000 3,0037 5,4003 12,97333* ,60287 ,000 11,7751 14,1716 -4,20200* ,60287 ,000 -5,4003 -3,0037 8,77133* ,60287 ,000 7,5731 9,9696 -12,97333* ,60287 ,000 -14,1716 -11,7751 -8,77133* ,60287 ,000 -9,9696 -7,5731 Thetichkhi Subset for alpha = 0.05 nghie mthuc N Duncana 30 30 30 Sig ,6927 9,4640 13,6660 1,000 1,000 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 1,000 53 Bảng 1.5 Thể tích khí sinh nghiệm thức mô hình bình ủ bậc Anova: SinglFactor SUMMARY Groups Count Sum Average Variance 100%TB2 bậc 30 452,2933 15,07644444 8,425226577 bậc 30 256,172 8,539066667 4,677899735 100%PB2 bậc 30 16,47 0,549 1,234462759 SS df MS F 50%PB+50%TB2 ANOVA Source Variation of P-value F crit Between Groups 3176,251156 1,83517E1588,125578 332,2997131 41 3,101296 Within Groups 415,7900831 87 4,779196357 Total 3592,041239 89 Test of Homogeneity of Variances thetichkhi Levene Statistic df1 df2 Sig 9,281 87 ,000 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 54 ANOVA thetichkhi Sum Squares Df Mean Square F 1588,201 332,118 ,000 Within Groups 416,037 87 4,782 Total 89 Between Groups of 3176,403 3592,440 Sig Post Hoc Tests Multiple Comparisons Dependent Variable:thetichkhi (I) (J) Mean nghie nghie Difference mthuc mthuc (I-J) LSD 95% Confidence Interval Std Error Sig Lower Bound Upper Bound 6,53560* ,56463 ,000 5,4133 7,6579 14,52767* ,56463 ,000 13,4054 15,6499 -6,53560* ,56463 ,000 -7,6579 -5,4133 7,99207* ,56463 ,000 6,8698 9,1143 -14,52767* ,56463 ,000 -15,6499 -13,4054 -7,99207* ,56463 ,000 -9,1143 -6,8698 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 55 Thetichkhi nghie mthuc N Duncana 30 30 30 Sig Subset for alpha = 0.05 ,5490 8,5411 15,0767 1,000 1,000 SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 1,000 56 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG SUỐT QUÁ TRÌNH THÍ NGHIỆM Thu gom phơi thân ắp Thiết kế mô hình ủ bậc hai bậc Mô hình hoàn chỉnh SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 57 Tiến hành bố trí thí nghiệm Tiền xử lý bắp Thu mẫu định kỳ Đầu nghiệm thức 100%TB1 bậc SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 58 Chữ T NT 50%PB+50%TB2 bậc Chữ T NT 100%PB2 bậc Chữ T NT 100%TB2 bậc NT 100%TB2 bậc SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 NT 100%TB1bậc 59 NT 50%PB+50%TB2 bậc NT 50%PB+50%TB1 bậc Nghiệm thức 100%PB1 bậc SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 60 [...]... nguồn sinh khối bắp ủ yếm khí chung với phân bò để sản xuất khí sinh học phục vụ cho đời sống của con người như đun nấu, phát điện ở quy mô hộ gia đình 2.9 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU PHÂN BÒ VÀ CÂY BẮP 2.9.1 Trong nƣớc - Nguyễn Thị Ngọc Huyền và Nguyễn Thị Như Huỳnh (2014) đã nhiên cứu ảnh hưởng của các kích cỡ khác nhau đến khả năng sinh khí của bèo tai tượng và thân cây bắp phối trộn với phân bò trong mẻ ủ yếm. .. L/kg VSphân hủy 2.9.2 Ngoài nƣớc - Baba Shehu Umar Ibn Abubakar và Nasir Ismail (2012), đã nghiên cứu khả năng phân hủy yếm khí của phân bò trong mẻ ủ bán liên tục Trong thí nghiệm phân bò được pha loãng với nước máy ở tỷ lệ 1:1 sau đó lọc qua rây có kích thước là 0,5 cm x 0,5 cm trong thùng 10L theo dõi 25 ngày Kết quả cho thấy phân bò là nguyên liệu hiệu quả cho sản xuất khí sinh học với lượng khí 0,15... nguồn phân bón cho cây trồng Kết luận: 50 % PB + 50% TB với 8 – 10 cm có năng suất sinh khí cao nhất là 435,21 L/kg VSphân hủy SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 19 - Võ Văn ủ và Trương Minh Châu (2014), đã nghiên cứu ảnh hưởng của các tỷ lệ phối trộn đến khả năng sinh khí của mẻ ủ yếm khí kết hợp phân bò, thân bắp và bèo tai tượng Bảng 2.11 Kết quả nghiên cứu Võ Văn ủ và... cơ khá cao Để đánh giá một cách chính xác lượng khí do nước mồi sinh ra trong những ngày đầu thí nghiệm tránh nhầm lẫn với lượng khí do nguyên liệu sinh ra 3.2.4 Tính toán nguyên liệu nạp Thí nghiệm được thực hiện với mô hình ủ yếm khí bán liên tục 1 bậc và 2 bậc với các nghiệm thức nước mồi, 100% phân bò (PB), 100% thân bắp (TB) và phối trộn PB với TB theo tỷ lệ 50:50 với tỷ lệ nạp của nguyên liệu... quá trình sinh khí mêthan Tiền xử lý hóa học (thủy phân kiềm, thủy phân bằng axit, ozone) đề cập đến việc sử dụng các giải pháp như kiềm như NaOH, Ca(OH)2 hoặc axit loãng để loại bỏ lignin để tăng tiếp cận của enzyme với cenlulose để cải thiện năng suất sinh khí mêtan Tiền xử lý sinh học là một trong những phương pháp hiệu quả trong việc cải thiện năng suất phân hủy sinh học Tiền xử lý sinh học được... Thể tích khí sinh học sinh ra hằng ngày của các nghiệm thức Trong 80 ngày đầu của thí nghiệm do lượng nạp của phân bò thấp (0,8 kgVS/m3.ngày-1) nên PB bị pha loãng nên không có khí, từ ngày 80 đến ngày 105 tiến hành đổi phân bò mới và cũng nạp lượng nạp giống ban đầu, vì vậy thể tích sinh ra của nghiệm thức phân bò rất ít chỉ đo được từ ngày 82 đến ngày 105 4.1.3 Tổng lƣợng khí biogas tích dồn của các... trước của Nguyễn Thị Ngọc Huyền (2014), Nguyễn Thị Huỳnh Như (2014) ủ phân bò phối trộn với thân bắp trên mẻ ủ yếm khí đã chọn là 1 kgVS.m-3.ngày-1 Do thực hiện mô hình mẻ ủ bán liên là nạp nguyên liệu hằng ngày nên chọn tỷ lệ nạp là 0,8 kgVS.m-3.ngày-1 để tránh việc hệ thống bị tắc nghẽn SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Trang B1205115 Dương Ngọc Trâm B1205118 24 Bảng 3.2 Thành phần hóa học phân bò và thân bắp. .. phơi khô và trữ trong bao nilong - Phân bò (PB): được thu gom từ trại nuôi bò sữa của hộ ông Võ Văn Cần, Quận Bình Thủy, TP Cần Thơ Phân bò được phơi trong mát, sau đó nghiền mịn và trộn đều tạo thành khối đồng nhất - Nước tiền xử lý nguyên liệu: thu nước từ hầm ủ biogas phân bò của hộ ông Võ Văn Cần 3.2.2 Tiền xử lý nguyên liệu Thân bắp được tiền xử lý nước hầm ủ biogas, ủ hiếu khí trong 5 ngày và... khăn để phân hủy Lignin có tính bền cao và rất khó phân hủy bằng hoạt động của VSV Lignin là một thành phần của thành tế bào thực vật và có khả năng chống thoái hóa và tấn công của các enzym Sự có mặt của lignin trong các nguyên vật liệu là một nhược điểm hạn chế quá trình phân hủy sinh học Tiền xử lý (TXL) sẽ làm thay đổi cấu trúc của cellulose tạo thuận lợi cho vi khuẩn dễ dàng tiếp xúc với cơ chất... đánh giá khả năng phân hủy của các hợp chất hữu cơ và mức cân bằng dinh dưỡng có trong mẻ ủ Theo Li et al., (2011) cho rằng tỷ lệ C/N thích hợp cho quá trình ủ yếm khí nằm trong khoảng 20/1 – 30/1 và giá trị tối đa nhất cho quá trình sinh khí metan là 25/1 Nếu C/N cao thì vi khuẩn sinh khí metan sẽ nhanh chóng sử dụng nitơ cho nhu cầu tổng hợp protein và sẽ dẫn đến hiện tượng mất đạm, do đó lượng khí ... bò sinh khí cao so với không phối trộn Việc đánh giá khả sinh khí ủ phân bò thân bắp mô hình bán liên tục chưa đánh giá Vì Đánh giá khả sinh khí sinh học thân bắp phối trộn phân bò mẻ ủ yếm khí. .. khác đến khả sinh khí bèo tai tượng thân bắp phối trộn với phân bò mẻ ủ yếm khí Trương Thanh Nguyên, 2014 Đánh giá khả sinh khí sinh học mẻ ủ yếm khí bán liên tục phối trộn với rơm phân heo Đặng... sinh học cộng dồn đạt 203,30 L 60 ngày đầu .Ủ phân bò với thân bắp thực mô hình theo mẻ, so sánh kích thước, tỷ lệ nạp để đánh giá khả sinh khí sinh học chứng minh thân bắp ủ phối trộn với phân bò