Khảo sát khả năng xử lý nước thải sau túi ủ biogas của bèo tấm (lemna minor), bèo tai chuột (salvinia cucullata) và bèo tai tượng (pistia stratiotes)

  • Số trang: 85 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 38 |
  • Lượt tải: 0
minhtuan

Đã đăng 15929 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH SINH HỌC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SAU TÚI Ủ BIOGAS CỦA BÈO TẤM (Lemna minor), BÈO TAI CHUỘT (Salvinia cucullata) VÀ BÈO TAI TƯỢNG (Pistia stratiotes) Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện TRẦN SỸ NAM VŨ THỊ HẢI YẾN TRẦN THANH MẾN MSSV:3092385 Cần Thơ, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH SINH HỌC KHẢO SÁT KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SAU TÚI Ủ BIOGAS CỦA BÈO TẤM (Lemna minor), BÈO TAI CHUỘT (Salvinia cucullata) VÀ BÈO TAI TƯỢNG (Pistia stratiotes) Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện TRẦN SỸ NAM VŨ THỊ HẢI YẾN TRẦN THANH MẾN MSSV:3092385 Cần Thơ, 2013 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân theo sự hướng dẫn của ThS. Trần Sỹ Nam và ThS. Trần Thanh Mến. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây. Cần Thơ, ngày 20 tháng 5 năm 2013 Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện i Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ LỜI CẢM TẠ Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô, gia đình và người thân, các cô chú, anh chị và bạn bè đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp: Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Sỹ Nam, thuộc Bộ môn Khoa học môi trường, thầy Nguyễn Trường Thành thuộc Bộ môn Kỹ thuật môi trường, Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu và kiến thức chuyên môn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Bùi Tấn Anh trưởng Bộ môn Sinh học, thầy Trần Thanh Mến, cô Nguyễn Thị Kim Huê cố vấn học tập và quý thầy, cô Khoa Khoa học tự nhiên đã động viên và giúp đỡ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn trong suốt quá trình học tập tại trường Đại học Cần Thơ. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến anh Huỳnh Văn Thảo học viên Cao học ngành Khoa học môi trường K19, chị Nguyễn Phương Chi, anh Nguyễn Minh Tùng, chị Nguyễn Thị Huỳnh Như học viên Cao học ngành Quản lý môi trường K18, chị Nguyễn Thị Thùy học viên Cao học ngành Khoa học môi trường K18 và các bạn cùng làm đề tài luận văn thuộc lớp Kỹ thuật môi trường K35 và K36 đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt kinh nghiệm và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin gởi lời cảm ơn đến tập thể lớp Cử nhân Sinh học K35 đã gắn bó, ủng hộ và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Sau cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và người thân, gia đình bác Nguyễn Văn Thạo đã hết lòng giúp đỡ, luôn bên cạnh ủng hộ và động viên tinh thần, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em đạt kết quả cao trong suốt quá trình học tập và rèn luyện tại trường cũng như quá trình thực hiện đề tài luận văn. Chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 20 tháng 5 năm 2013 Sinh viên Vũ Thị Hải Yến ii Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ............................................................................................................ iii DANH SÁCH HÌNH .......................................................................................... vii DANH SÁCH BẢNG ........................................................................................ viii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... ix TÓM TẮT ............................................................................................................. x CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ................................................................................. 1 CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ........................................................... 3 2.1 Sơ lược về tình hình sử dụng biogas trên thế giới và ở Việt Nam ............. 3 2.1.1 Trên thế giới .............................................................................................. 3 2.1.2 Ở Việt Nam ............................................................................................... 3 2.2 Sơ lược về công nghệ khí sinh học biogas .................................................... 4 2.2.1 Biogas là gì? .............................................................................................. 4 2.2.2 Thành phần của biogas .............................................................................. 4 2.2.3 Nguyên liệu cho quá trình sản xuất biogas ............................................... 5 2.2.4 Sự tạo thành khí sinh học biogas qua quá trình lên men yếm khí ............ 5 2.3 Thành phần chất thải sau túi ủ biogas ......................................................... 5 2.4 Sơ lược về thủy sinh thực vật và khả năng xử lý nước thải của chúng ..... 7 2.4.1 Sơ lược về thủy thực vật sống trôi nổi (floating plants) ........................... 7 2.4.1.1 Bèo tấm (Lemna minor) ..................................................................... 8 2.4.1.2 Bèo tai tượng (Pistia stratiotes) ......................................................... 9 2.4.1.3 Bèo tai chuột (Salvinia cucullata) .................................................... 10 2.4.2 Xử lý nước thải bằng thuỷ sinh thực vật ................................................. 11 2.4.3 Cơ chế chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thủy sinh thực vật ............................................................................................. 12 2.4.3.1 Cơ chế loại chất hữu cơ .................................................................... 12 iii Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ 2.4.3.2 Cơ chế loại chất rắn .......................................................................... 13 2.4.3.3 Cơ chế loại kim loại nặng ................................................................ 13 2.4.3.4 Cơ chế loại nitơ ................................................................................ 13 2.4.3.5 Cơ chế loại phospho ......................................................................... 13 2.4.3.6 Cơ chế loại virus và vi sinh vật gây bệnh ........................................ 14 2.5 Ô nhiễm nước và các thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước ........... 14 2.5.1 Định nghĩa ô nhiễm nước ....................................................................... 14 2.5.2 Các thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước ...................................... 14 2.5.2.1 Nhiệt độ ............................................................................................ 14 2.5.2.2 Màu sắc ............................................................................................ 15 2.5.2.3 Mùi và vị .......................................................................................... 15 2.5.2.4 Độ đục .............................................................................................. 16 2.5.2.5 pH ..................................................................................................... 16 2.5.2.6 Độ dẫn điện (EC) ............................................................................. 16 2.5.2.7 Chất rắn lơ lửng (SS) ....................................................................... 17 2.5.2.8 Hàm lượng oxy hòa tan (DO) .......................................................... 17 2.5.2.9 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) ........................................................... 18 2.5.2.10 Nhu cầu oxy hóa học (COD).......................................................... 18 2.5.2.11 Hàm lượng nitơ (N) ........................................................................ 19 2.5.2.12 Hàm lượng photpho (P).................................................................. 19 2.5.2.13 Vi sinh vật ...................................................................................... 20 CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP .................................... 21 3.1 Phương tiện nghiên cứu ............................................................................... 21 3.1.1 Địa điểm thực hiện .................................................................................. 21 3.1.2 Thời gian thực hiện ................................................................................. 21 3.1.3 Vật liệu thí nghiệm .................................................................................. 21 3.1.4 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất ................................................................... 21 3.1.4.1 Dụng cụ và thiết bị ........................................................................... 21 3.1.4.2 Hóa chất ........................................................................................... 22 iv Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ 3.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 22 3.2.2 Mẫu nước thải ......................................................................................... 22 3.2.3 Mẫu vật.................................................................................................... 23 3.2.4 Bố trí thí nghiệm ..................................................................................... 23 3.3 Phương pháp thu và phân tích mẫu ........................................................... 24 3.3.1 Đối với mẫu nước.................................................................................... 24 3.3.2. Đối với mẫu thực vật .............................................................................. 25 3.3.3. Phương pháp xử lý và đánh giá số liệu .................................................. 25 3.3.3.1 Một số công thức tính ...................................................................... 25 3.3.3.2 Các Quy chuẩn Việt Nam và Tiêu chuẩn Việt Nam ........................ 26 3.3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu................................................................ 26 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 27 4.1 Kết quả khảo sát các thông số chất lượng nước thải ................................ 27 4.1.1 Đặc điểm của nước thải bố trí thí nghiệm ............................................... 27 4.1.2 Diễn biến giá trị nhiệt độ ở các nghiệm thức theo thời gian ................... 28 4.1.3 Diễn biến giá trị pH ở các nghiệm thức theo thời gian ........................... 29 4.1.4 Diễn biến giá trị EC ở các nghiệm thức theo thời gian ........................... 30 4.1.5 Diễn biến giá trị độ đục ở các nghiệm thức theo thời gian ..................... 31 4.1.6 Diễn biến giá trị DO (mg/L) ở các nghiệm thức theo thời gian .............. 32 4.1.7 Diễn biến giá trị COD ở các nghiệm thức theo thời gian ....................... 34 4.1.8 Diễn biến giá trị đạm tổng (TN) ở các nghiệm thức theo thời gian ........ 36 4.1.9 Diễn biến giá trị lân tổng (TP) ở các nghiệm thức theo thời gian .......... 39 4.2 Kết quả khảo sát khả năng sinh trưởng của bèo tấm, bèo tai chuột, bèo tai tượng trong môi trường nước thải biogas .................................................. 40 4.2.1 Trọng lượng tươi ..................................................................................... 40 4.2.2 Chiều dài rễ ............................................................................................. 44 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................... 47 5.1 Kết luận ......................................................................................................... 47 v Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ 5.2 Đề nghị........................................................................................................... 47 PHỤ LỤC vi Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH HÌNH Hình 1. Bèo tấm (Lemna minor) ............................................................................. 8 Hình 2. Bèo tai tượng (Pistia stratiotes) ................................................................ 10 Hình 3. Bèo tai chuột (Salvinia cucullata) .............................................................. 11 Hình 4. Toàn cảnh bố trí thí nghiệm ....................................................................... 23 Hình 5. Diễn biến giá trị nhiệt độ (oC) trung bình ở các NT theo thời gian ........... 28 Hình 6. Diễn biến giá trị pH trung bình ở các NT theo thời gian ........................... 29 Hình 7. Diễn biến giá trị EC (mS/cm) trung bình ở các NT theo thời gian ............ 30 Hình 8. Diễn biến giá trị độ đục (NTU) trung bình ở các NT theo thời gian ......... 31 Hình 9. Diễn biến giá trị DO (mg/L) trung bình ở các NT theo thời gian .............. 33 Hình 10. Diễn biến giá trị COD (mg/L) trung bình ở các NT theo thời gian ......... 35 Hình 11. Diễn biến giá trị TN (mg/L) trung bình ở các NT theo thời gian ............. 37 Hình 12. Diễn biến giá trị TP (mg/L) trung bình ở các NT theo thời gian ............. 39 Hình 13. Sự gia tăng trọng lượng tươi của 3 loại bèo theo thời gian ..................... 41 Hình 14. Nghiệm thức bèo tấm ở ngày thứ 14......................................................... 42 Hình 15. Nghiệm thức bèo tấm ở ngày thứ ngày 21 ............................................... 42 Hình 16. Diễn biến chiều dài rễ theo thời gian (cm) .............................................. 45 Hình 17. Rễ bèo tấm quá các đợt thu mẫu (cm) ...................................................... 45 Hình 18. Bèo tai chuột hình thành tai bèo mới với rễ con khó quan sát................. 46 Hình 19. Bèo tai tượng hình thành chồi con với hệ rễ phát triển và nhiều lông hút ............................................................................................................................. 46 vii Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH BẢNG Bảng 1. Thành phần của biogas .............................................................................. 4 Bảng 2. Thành phần hóa học của các loại phân hữu cơ ......................................... 6 Bảng 3. Kết quả khảo sự thích nghi của bèo tấm, bèo tai chuột và bèo tai tượng ở những tỷ lệ nước thải và nước máy khác nhau ..................................................... 22 Bảng 4. Bố trí thí nghiệm ......................................................................................... 23 Bảng 5. Các phương pháp phân tích mẫu ............................................................... 25 Bảng 6. Thành phần lý – hóa của nước thải biogas ................................................ 27 Bảng 7. Sự gia tăng trọng lượng tươi (g) ở các nghiệm thức ................................. 43 Bảng 8. Hàm lượng nước (%) và trọng lượng khô (g) của thực vật sau thí nghiệm ...................................................................................................................... 44 viii Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT TSTV Thủy sinh thực vật VSV Vi sinh vật NT Nghiệm thức C/N Carbon/Nitrogen Tỉ lệ cacbon/nitơ SS Suspended solid Chất rắn lơ lửng EC Electrical conductivity Độ dẫn điện DO Dissolved oxygen Oxy hòa tan BOD Biochemical oxygen demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical oxygen demand Nhu cầu oxy hóa học TN Total nitrogen Tổng nitơ (đạm tổng) TP Total phosphorus Tổng photpho (lân tổng) ix Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ TÓM TẮT Đề tài “Khảo sát khả năng xử lý nước thải sau túi ủ biogas của bèo tấm (Lemna minor), bèo tai tượng (Pistia stratiotes) và bèo tai chuột (Salvinia cucullata)” được thực hiện nhằm mục tiêu khảo sát sự sinh trưởng của 3 loại bèo trên trong môi trường nước thải sau túi ủ biogas và khảo sát, so sánh khả năng cải thiện chất lượng nước của chúng. Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 nghiệm thức và 3 lần lặp lại. Kết quả thí nghiệm như sau: i) Đối với chỉ tiêu lý – hóa nước: nhiệt độ dao động trong khoảng 24,3 – 27,7oC; pH hơi kiềm trung bình khoảng 7,46; EC tăng dần theo thời gian, thấp nhất là 1,499 mS/cm, cao nhất là 1,571 mS/cm; độ đục giảm 80,1% ở NT bèo tấm, 90,11% ở NT bèo tai chuột, 87,36% ở NT bèo tai tượng và đạt thấp nhất ở NT đối chứng 76,14%; DO tăng cao nhất ở NT đối chứng 3,57 lần, tăng 3,29 lần ở NT bèo tấm, tăng 2,46 lần ở NT bèo tai chuột, tăng 2,27 lần ở NT bèo tai tượng; COD giảm mạnh nhất ở NT bèo tấm, hiệu suất 63,47%, kế đến là NT bèo tai chuột và NT bèo tai tượng, hiệu suất lần lượt là 39,23% và 38,8% cao hơn so với NT đối chứng là 18,49%; hiệu suất xử lý TN đạt 83,44% ở NT bèo tấm, 77,20% ở NT bèo tai chuột, 77,51% ở NT bèo tai tượng, thấp nhất ở NT đối chứng đạt 65,54%; hiệu suất xử lý TP đạt 83,22% ở NT bèo tấm, 89,69% ở NT bèo tai chuột và 85,30% ở NT bèo tai tượng và đạt thấp nhất ở NT đối chứng 72%. ii) Đối với các chỉ tiêu thực vật: trọng lượng bèo tấm tăng 579,08%, trọng lượng khô là 19,09 ± 0,48 (g); trọng lượng bèo tai chuột tăng 38,46%, trọng lượng khô là 8,79 ± 0,58 (g); trọng lượng bèo tai tượng tăng 86,29%, trọng lượng khô là 7,34 ± 0,49 (g); chiều dài rễ bèo biến động không nhiều giữa mỗi loại bèo. Từ khóa: biogas, thủy sinh thực vật, bèo tấm, bèo tai tượng, bèo tai chuột, hấp thu, xử lý nước thải. x Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ xi Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU Ngày nay, vấn đề về thiếu nước sạch và nguồn năng lượng hóa thạch đang là nỗi lo chung của toàn nhân loại. Khí sinh học biogas hiện nay là một giải pháp tối ưu về năng lượng thay thế ở các nước nghèo và các nước đang phát triển, trong đó có Việt Nam. Thành phần chính của khí sinh học biogas là khí methane (CH4) có nhiệt trị cao (gần 9000 kcal/m3) được sử dụng trong gia đình để nấu nướng, thắp sáng, sưởi ấm,… ở qui mô lớn hơn nó được dùng để chạy máy phát điện (Lê Hoàng Việt, 2005). Từ những ứng dụng thiết thực trong đời sống, công nghệ khí sinh học biogas đã được ứng dụng trên thế giới từ đầu thập niên 1890 và bắt đầu được nghiên cứu ở nước ta vào năm 1960 nhưng mãi đến năm 1993, phong trào “thực hành khí sinh học” mới thật sự nở rộ. Tính đến năm 2011, số lượng công trình đang hoạt động trong toàn quốc vào khoảng trên 100.000 công trình, trong đó có gần 30.000 công trình là loại công nghệ túi nylon. Tỉnh dẫn đầu về số lượng loại này là Tiền Giang với trên 5.000 túi (Hoàng Kim Giao, 2011). Tuy nhiên, nước thải sau hệ thống túi ủ biogas còn chứa hàm lượng chất hữu cơ, đặc biệt là đạm, lân và vi sinh vật gây bệnh khá cao do đó chúng cần phải được xử lý tiếp (Lê Hoàng Việt, 2000). Nếu không xử lý nước thải sau biogas hợp lý có thể gây hiện tượng phú dưỡng hóa ao hồ gây hại đến thủy sinh động, thực vật. Nhưng do đặc trưng của vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long là sản xuất theo hộ gia đình với quy mô nhỏ lẻ, không tập trung nên việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải gần như là không thể. Các nhà nghiên cứu bắt đầu để ý đến việc sử dụng thủy sinh thực vật để hấp thu chất dinh dưỡng dư thừa trong nước thải sau túi ủ biogas dựa trên nguyên lý của phương pháp lọc sinh học. Thủy sinh thực vật tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào cơ thể chúng (rễ, thân, lá) để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải, chuyển vào cơ thể thực vật làm tăng sinh khối, đồng thời làm sạch nước tránh gây ô nhiễm và hiện tượng phú dưỡng hóa các nguồn nước. Theo Nguyễn Đức Lượng (2003), có 3 loại thủy sinh thực vật, đó là thủy thực vật sống chìm, thủy thực vật sống trôi nổi và thủy thực vật nửa ngập nước. 1 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ Trong đó, thủy thực vật sống trôi nổi có khả năng xử lý nước bị ô nhiễm tốt nhất. Thuộc các loài thực vật này gồm lục bình, bèo tai tượng, bèo tai chuột, bèo tấm,… Đây cũng chính là nguồn thực vật địa phương dễ tìm và gần gũi với bà con nông dân để có thể ứng dụng xử lý nước thải tại nguồn. Xuất phát từ những lý do nêu trên, đề tài “Khảo sát khả năng xử lý nước thải sau túi ủ biogas của bèo tấm (Lemna minor), bèo tai chuột (Salvinia cucullata và bèo tai tượng (Pistia stratiotes)” được thực hiện với mục tiêu: Mục tiêu tổng quát: sử dụng thích hợp nguồn thực vật sẵn có ở địa phương để xử lý tại chỗ nước thải đầu ra của túi ủ biogas nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường, giảm thiểu khả năng gây phú dưỡng hóa nguồn nước. Mục tiêu nghiên cứu: - Khảo sát sự sinh trưởng của bèo tấm (Lemna minor), bèo tai tượng (Pistia stratiotes) và bèo tai chuột (Salvinia cucullata) trong môi trường nước thải sau túi ủ biogas. - Khảo sát khả năng xử lý nước thải của bèo cám, bèo tai tượng và bèo tai chuột. - So sánh sự sinh trưởng và hiệu suất cải thiện chất lượng nước thải của 3 loại bèo trên. Nội dung nghiên cứu: - Bố trí thí nghiệm so sánh sự tăng trưởng của bèo tấm, bèo tai tượng và bèo tai chuột trong môi trường nước thải sau túi ủ biogas. - Thu mẫu và phân tích các thông số về chất lượng nước: pH, nhiệt độ, độ đục, EC, DO, COD, TP, TN. - Theo dõi các chỉ tiêu tăng trưởng: trọng lượng tươi, sinh khối, chiều dài rễ. 2 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược về tình hình sử dụng biogas trên thế giới và ở Việt Nam 2.1.1 Trên thế giới Biogas đang được sử dụng rộng rãi và tích cực phát triển ở vùng nông thôn Trung Quốc, Nepal, Việt Nam, Costa Rica, Colombia, Rwanda, Ấn Độ và các khu vực khác trên trên thế giới. Ở các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi dào nên việc ứng dụng kỹ thuật biogas chủ yếu là để giải quyết vấn đề môi trường. Ở các nước này thường có dạng hầm ủ theo nhiều kiểu xây dựng khác nhau với dung tích khoảng 1 triệu đến 2 triệu m3. Chúng hàng ngày tiêu thụ hàng chục tấn phân người, phân gia súc và rác thải từ các thành phố lớn. Tiêu biểu ở tiểu bang Florida (Mỹ), Thụy sĩ, Canada, Hà lan. Ở châu Á, Trung Quốc và Ấn Độ có số lượng biogas nhiều nhất với hình thức “Biogas cho mỗi hộ gia đình” để giải quyết vấn đề năng lượng và môi trường. 2.1.2 Ở Việt Nam Từ Dự án về vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát triển nông thôn, công nghệ khí sinh học biogas được đưa vào nghiên cứu và bắt đầu phát triển mạnh mẽ ở nước ta từ năm 1993 với nhiều kiểu thiết bị mới. Túi ủ biogas là biến thể của hầm ủ biogas loại nắp cố định. Những năm gần đây túi ủ bằng nylon được đưa vào sử dụng rộng rãi do dễ lắp đặt, chi phí đầu tư thấp, phù hợp với mức thu nhập của bà con nông dân, hạn chế phụ thuộc vào điện và nguồn nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là ở những vùng xa xôi, hẻo lánh đang chờ nguồn điện kéo đến. Túi ủ nylon được sử dụng chủ yếu ở các tỉnh thành đồng bằng sông Cửu Long như Tiền Giang, Cần Thơ,…bởi ưu thế về nguồn nguyên liệu đầu vào, điều kiện về khí hậu và nhiệt độ khá ổn định. Do thành mỏng nên có thể nhờ nhiệt năng mặt trời chiếu trực tiếp để tăng nhiệt giúp rút ngắn thời gian ủ (60 ngày ở 15-20oC, 30 ngày ở 30-35oC (Nguyễn Duy Thiện, 2001)). Còn ở miền Trung và miền Bắc hiệu quả của việc sử dụng túi ủ ni lông kém hơn do sự khác nhau về 3 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ nhiệt độ và khí hậu. Bên cạnh đó, túi ủ có nhược điểm là tuổi thọ thấp (tùy thuộc vào thời gian lão hóa của nguyên liệu làm túi), rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm gây cháy nổ. Việc lắp đặt túi ủ chỉ thích hợp đối với những hộ chăn nuôi với số lượng nhỏ, lắp túi dài 8-10 m cho 4-10 con heo (50-70 kg/con), lắp túi dài 13 m cho 10-15 con heo (50-70 kg/con), nếu số lượng heo nhiều hơn thì phải xây hầm ủ biogas. 2.2 Sơ lược về công nghệ khí sinh học biogas Cuộc khủng hoảng năng lượng năm 1970 đã gây thiệt hại kinh tế cho một số nước, đặc biệt là các nước nghèo sử dụng nguồn năng lượng ngoại nhập. Trong giai đoạn này các nhà khoa học ra sức tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Biogas (còn gọi là “khí đầm lầy”), một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ, đã được coi là một nguồn năng lượng thay thế (Lê Hoàng Việt, 2000). 2.2.1 Biogas là gì? Biogas hay còn gọi là khí sinh học, khí đầm lầy, là một hỗn hợp khí được sinh ra từ sự phân hủy yếm khí các chất thải hữu cơ phức tạp. Thành phần chủ yếu của biogas là khí CO2 và khí methane (CH4). Khí methane cháy được nên khí sinh học cháy được, khi cháy tỏa ra nhiệt lượng cao được sử dụng đốt trực tiếp để nấu ăn, sưởi ấm và thắp sáng hoặc gián tiếp làm nhiên liệu cho các động cơ để tạo ra nguồn phát điện hoặc động lực chạy máy. 2.2.2 Thành phần của biogas Thành phần chính của khí sinh vật là methane (chiếm 55 -65% khí biogas). Khí methane cháy được nên khí sinh vật cháy được. Nhiệt trị của methane cao gần 9000 kcal/m3 do đó nhiệt trị của biogas khoảng 4500 – 6000 kcal/m3 tùy thuộc vào phần trăm biogas hiện diện trong biogas (Lê Hoàng Việt, 2000). Bảng 1. Thành phần của biogas Các loại khí Tỉ lệ (%) Methane (CH4) 55-65% Carbon dioxide (CO2) 35-45% Nitrogen (N2) 0-3% Hydrogen (H2) 0-1% 4 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ Hydrogen sulphide (H2S) 0-1% Biogas cung cấp một nguồn năng lượng sạch. Theo Hoàng Kim Giao, 2011, 1m3 khí sinh học tương đương với 0,96 lít dầu; 4,7 kWh điện; 4,07 kg củi gỗ; 6,10 kg rơm rạ. Theo Lê Hoàng Việt (2000), 1m3 biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel; 0,6 kg dầu hỏa; 0,8 kg than. 2.2.3 Nguyên liệu cho quá trình sản xuất biogas Nguyên liệu cho quá trình sản xuất biogas thường có nguồn gốc từ động vật như: phân người, phân gia súc, gia cầm,…và có nguồn gốc từ thực vật gồm phế phẩm nông nghiệp, rơm rạ, các loài thực vật thủy sinh…Thông thường những nguyên liệu này được kết hợp với nhau sao cho đạt được độ ẩm và C/N thích hợp để vi sinh vật hoạt động tốt nhất, sinh ra lượng khí sinh ra nhiều nhất. 2.2.4 Sự tạo thành khí sinh học biogas qua quá trình lên men yếm khí Trong số những quá trình phân hủy sinh học thì quá trình hình thành khí methane là một công nghệ thích hợp đối với vấn đề bảo vệ môi trường. Hình thành khí methane là quá trình hoạt động của vi sinh vật kỵ khí, nhờ đó các chất hữu cơ bị phân hủy liên tục bởi quần thể nhiều loại vi sinh vật để cuối cùng tạo thành CH4 và HCO-3 hoặc CO2 trong điều kiện không có oxy. Vi khuẩn yếm khí Chất hữu cơ CO2+H2S+NH3+CH4+Các chất khác +Năng lượng Vi khuẩn yếm khí Tế bào vi khuẩn mới Chất hữu cơ + Năng lượng BOD của vật liệu ban đầu giảm, lớp bùn cặn sau phân hủy trở nên ổn định, biogas giàu CH4 chứa 60% năng lượng tự do từ sinh khối trở thành một nguồn năng lượng hữu ích đầy tiềm năng. 2.3 Thành phần chất thải sau túi ủ biogas Bã thải là sản phẩm thứ hai của hệ thống khí sinh vật. Bã thải có 2 dạng: bã thải lỏng, gồm các chất hòa tan và lơ lửng; bã thải đặc, là phần lắng đọng ở đáy thiết bị ủ. Với các thiết bị qui mô nhỏ hoạt động theo kiểu liên tục nên bã thải lỏng được đẩy ra ngoài thường xuyên với số lượng nhỏ, hàm lượng chất khô vào khoảng 6-10%. Bã thải đặc nằm trong thiết bị và được lấy ra theo định kỳ. 5 Luận văn tốt nghiệp Trường Đại học Cần Thơ Bã thải khí sinh học là một loại phân hữu cơ nên nó không những có những đặc tính của phân hữu cơ có nhiều ưu điểm khác do kết quả quá trình phân hủy kỵ khí. Trong quá trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ, các loại chất dinh dưỡng về cơ bản vẫn được bảo tồn trong bã thải, trừ một số các nguyên tố như hydro và oxy được chuyển hóa thành CH4 và CO2. Một số chất dinh dưỡng dễ hòa tan vẫn còn lại trong bả thải lỏng, đồng thời một số chất rắn hữu cơ và vô cơ trong bã thải đã phân hủy hấp thu được một lượng lớn các chất dinh dưỡng hữu ích. Do đó các chất dinh dưỡng của phân khí sinh học cao hơn so với phân ủ, phân chuồng thông thường (Nguyễn Quang Khải, 2002). Bảng 2. Thành phần hóa học của các loại phân hữu cơ N (%) P (%) K (%) Bã thải biogas lỏng 1.45 1.10 1.10 Bã thải biogas phơi khô 1.60 1.40 1.20 Phân chuồng 1.22 0.62 0.80 Phân ủ 1.30 1.00 1.00 (Nguyễn Quang Khải, 2002) Ngoài các nguyên tố dinh dưỡng N, P, K, phân biogas còn chứa nhiều chất hữu cơ khác. Phân khí sinh học giàu axit humic, xenlulose, hemixenlulose, lignin so với phân ủ. Vì vậy nó có tác dụng cải tạo đất tốt hơn phân ủ. Bã thải đặc là một nguồn phân bón có giá trị, có thể phơi khô rãi lên đồng ruộng, bón lót cho cây trồng, ngoài ra còn được sử dụng làm thức ăn bổ sung cho lợn, cá. Bã thải lỏng cũng được sử dụng làm phân bón lá trực tiếp hay bón thẳng xuống ao cá, nuôi tảo hay phiêu sinh động vật (Moina) (Lê Hoàng Việt, 2000). Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) hàm lượng lân tổng trong nước thải sau hệ thống biogas biến động trong khoảng 48,69 – 97,6 mg/L, hàm lượng đạm tổng biến động trong khoảng 92,8 – 644,2 mg/L. Bã thải vừa ra khỏi thiết bị lên men sẽ cạnh tranh oxy cới cây trồng, do vậy ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt và sự nảy mầm của bộ rễ, thậm chí còn cho mầm cây bị héo. Bởi vậy để sử dụng có hiệu quả, bã thải vừa ra khỏi thiết bị nên giữ lại vài ngày ở một bể khác, còn phần lắng cặn nên ủ 15 ngày. Mặt khác, nếu lượng nước thải 6
- Xem thêm -