Nghiên cứu khả năng sinh khí của một số loại chất thải nông sản thực phẩm

ĐOÀN THANH NIÊN CỘNG SẢN HỒ CHÍ MINH
BAN CHẤP HÀNH TP.HỒ CHÍ MINH
-------------------------






CÔNG TRÌNH DỰ THI
GIẢI THƯỞNG “KHOA HỌC SINH VIÊN – EURÉKA”
LẦN 9 NĂM 2007






TÊN CÔNG TRÌNH:


NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG
SINH KHÍ SINH HỌC CỦA MỘT
SỐ

LOẠI CHẤT THẢI NÔNG SẢN
THỰC PHẨM

THUỘC NHÓM NGÀNH:

KHOA HỌC NÔNG - LÂM - NGƯ NGHIỆP
VÀ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG




1 - 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam là nước nông nghiệp, trước đây nông sản thường xuất khẩu thô, nay nhà nước đẩy
mạnh phát triển hình thức công nghiệp chế biến và đầu tư mạnh mẽ vào lĩnh vực bảo quản, để từ
đó, các mặt hàng này được xuất khẩu ra thị trường thế giới. Theo thống kê của Bộ Kế Hoạch và
Đầu Tư thì sản lượng cây ăn quả là 4 triệu tấn/n
ăm (năm 2005) với nhiều loại cây ăn quả nhiệt
đới và á nhiệt đới như: nhãn, vải, xoài, chôm chôm, sầu riêng, thanh long, bưởi, lê, thơm. Việt
Nam đi lên từ một nền kinh tế nông nghiệp, ngành nông nghiệp chiếm 30% giá trị xuất khẩu,
25% trong tổng GDP quốc gia, 76% dân số sống ở nông thôn, giai đoan 1997-1998, ngành nông
nghiệp đã đạt được nhiều thành tựu to lớn, xuất khẩu gạo, cà phê đứng thứ hai, hạt tiêu luôn
đứng đầu th
ế giới, cùng với sự tăng trưởng mạnh của các mặt hàng nông – lâm – thủy hải sản và
thực phẩm. Lượng cây ăn quả trong thời gian qua tăng mạnh tiêu biểu vào năm 1994 diện tích

cây ăn quả đạt 550 ha đến năm 2005 diện tích tăng lên trên 4000 ha. Hiện nay cả nước ta có trên
680.000 ha trồng cây ăn quả.
1


Bên cạnh việc thúc đẩy ngành công nghiệp chế biến nông sản- cây ăn quả với lượng lớn nên sinh
ra nhiều loại rác thải (vỏ trái cây) gây nhiều vấn đề môi trường. Điển hình là Công Ty Dịch Vụ
Kỹ Thuật Nông Nghiệp An Giang (ANTESCO). Đây là một trong những Công ty hàng đầu trong
lĩnh vực sản xuất và xuất khẩu các sản phẩm rau quả nhiệt đới đông lạnh và đóng hộp như: Bắp
non, th
ơm, đậu nành rau, đậu bắp, nấm rơm, ớt, khoai môn, xoài, đu đủ, thanh long, măng cụt,
mít, v.v. ANTESCO hiện có hai nhà máy đang áp dụng công nghệ, kỹ thuật tiên tiến của Châu
Âu và hệ thống quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn ISO (international organization for
standardization - tổ chức tiêu chuẩn quốc tế). ANTESCO đã có mối quan hệ mua bán với nhiều
quốc gia trên thế giới như: Mỹ, Châu Âu, Nhật, Canada v.v. Trung bình mỗi ngày nhà máy sử
dụng 35 tấn nguyên liệu, 150 m
3
nước, 5.000 KWh điện và 600 lít dầu FO. Chính vì vậy, trong
quá trình chế biến rau quả đông lạnh, Nhà máy đã thải ra môi trường xung quanh một lượng lớn
chất thải rắn (vỏ, hạt các loại trái cây, rau quả…, khoảng 30 tấn chất thải rắn/ngày) và phải tiêu
tốn chi phí là 20 triệu đồng/ngày để thu gom rác (lượng rác thải của Nhà máy tương đương với
lượng chất thải của 4.000 hộ dân - bằng dân số trung bình một xã).
1


Nhu cầu năng lượng nước ta ngày càng cao. Theo báo cáo của Viện Chiến lược Bộ Kế hoạch và
Đầu tư, Viện Năng lượng Việt Nam, Tổng công ty Than Việt Nam, Petro Việt Nam, hơn 10 năm
qua ở nước ta, việc khai thác năng lượng sơ cấp (than, dầu khí, thủy năng) tăng trung bình
16,4%/năm. Sử dụng năng lượng sơ cấp tăng bình quân trên 10%/năm. Tốc độ tăng trưởng năng
lượng cuối cùng tăng 11%/năm, cao hơn tăng trưởng kinh tế 1,46%. Dự báo trong những năm

tới, trung bình mỗi năm, lượng khai thác than là 25 triệu tấn, dầu thô 20 triệu tấn, khí 18 – 20 tỉ
m
3
. Như vậy, nếu có khai thác một cách kinh tế, thì dầu khí cũng chỉ đủ dùng trong vòng 30 – 40
năm, than còn có khả năng sử dụng trong vòng hơn 60 năm, sau đó sẽ cạn dần, khai thác không
kinh tế và giá thành cao. Nếu không có chính sách phát triển, sử dụng các dạng năng lượng sạch
và năng lượng tái tạo thì Việt Nam sẽ phụ thuộc hoàn toàn nguồn năng lượng từ bên ngoài.
2
Do
đó cần phải có nguồn năng lượng mới - năng lượng sạch có thể tái sinh để thay thế. Sản xuất khí
sinh học được xem như một phương pháp sản xuất năng lượng mới- năng lượng tái sinh. Nguồn
năng lượng này không đòi hỏi khắt khe nguyên liệu, mặt khác lại có giá trị năng lượng rất cao.
So với dầu mỏ, khí sinh học có giá trị năng lượng hơ
i kém hơn, nhưng nó lại có ý nghĩa vượt trội
về mặt môi trường.




1

Nguồn:


2
Nguồn:


1 - 2
Bảng 1.1 Giá trị năng lượng của khí sinh học và một số nguồn năng lượng khác

STT Nguồn năng lượng
Giá trị năng lượng (kJ/kg)
1 Khí sinh vật 15.600
2 Gỗ 2.400
3 Than đá 7.000
4 Dầu mỏ 18.000
Nguồn: Lượng, 2003.

Trong những năm gần đây, việc áp dụng quá trình phân hủy kị khí để xử lý phần chất thải hữu cơ
đã trở nên phổ biến vì quá trình này không những giảm tác động đến môi trường do chất thải gây
ra mà còn có thể thu hồi được năng lượng từ khí sinh ra. Ngoài ra, sản phẩm còn lại sau phân
hủy có thể sử dụng như nguồn phân bón bổ sung dinh dưỡng cho cây trồng.



Đối với chất thải chăn nuôi và rác thực phẩm từ hệ thống thu gom rác sinh hoạt, đã có nhiều
nghiên cứu và ứng dụng thành công về công nghệ sản xuất khí sinh học. Các hầm thu khí sinh
học từ chất thải chăn nuôi ở quy mô gia đình tại Việt Nam và trên thế giới đã được xây dựng và
mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Mặc dù vậy, hiện nay vẫn chưa có nghiên cứu về khả n
ăng sinh
khí sinh học của vỏ trái cây từ các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực phẩm. Lượng vỏ và
xác ép trái cây sinh ra từ hoạt động sản xuất của các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực
phẩm rất lớn nhưng chưa có biện pháp giải quyết. Theo khảo sát , đa số các nhà máy trong thành
phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận đều phải tốn một khoảng kinh phí đáng kể để chuyên chở
lượng vỏ này đến th
ải bỏ ở bãi chôn lấp. Trong khi lượng vỏ và xác ép trái cây có hàm lượng
chất hữu cơ cao có khả năng sinh khí sinh học. Nếu được sử dụng để xây dựng hầm ủ sinh khí
sinh học với qui mô công nghiệp được vận hành đảm bảo vệ sinh môi trường vừa đảm bảo chất
lượng hầm ủ sinh khí sinh học ứng dụng chạy máy phát điện thì mang lại nhiều lợi ích. Do đó ý

tưởng tậ
n dụng lượng vỏ và xác ép trái cây này làm nguyên liệu để sản xuất khí sinh học và ứng
dụng khí sinh ra chạy các động cơ điện trong nhà máy. Điều này có tác dụng tiết kiệm điện vừa
giảm chi phí chuyên chở chất thải, đồng thời cũng giảm được áp lực chất thải ở các bãi chôn lấp
hiện đang trong tình trạng quá tải. Trước tình hình chất thải hữu cơ, đặc biệ
t là rác nông sản ngày
càng nhiều, việc tìm ra một phương pháp xử lý hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm, đồng thời có
thể tái sử dụng lại chất thải tạo năng lượng phục vụ cho hoạt động của nhà máy là vấn đề cần
thiết.



2 -1
2. MỤC TIÊU - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


2.1 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Ðề tài được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học của chất thải nông
sản thực phẩm.

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Mô Hình Nghiên Cứu

Mô hình nghiên cứu là các thùng nhựa dung tích 45 lít, được bọc một lớp mốp xốp cách nhiệt
dày 2,5 cm nhằm tránh ảnh hưởng của sự biến thiên nhiệt độ môi trường đến quá trình ủ
(Hình
2.1)
. Trên nắp thùng có gắn một ống nhựa PVC đường kính 21 mm có khoan lỗ ở phần đặt trong

thùng. Ống nhựa này có nhiệm vụ thu khí qua các lỗ và dẫn khí sinh ra vào túi chứa khí bằng
nilong gắn ở đầu trên của ống. Đồng thời ống nhựa này dùng để khuấy trộn nguyên liệu ủ mà
vẫn đảm bảo điều kiện kị khí cho mô hình. Ống nhựa được gắn với nắp thùng thông qua ruột
banh được gắn c
ố định vào nắp thùng có bắt ốc gắn ron cao su và long đền cố định. Ruột banh có
tác dụng giúp việc khuấy trộn được dễ dàng
(Hình 2.2).
Để đảm bảo chắc chắn không có khí rò rỉ
ở phần tiếp xúc giữa ruột banh và nắp thùng dán 1 lớp keo gián nhựa sau đó dán thêm 1 lớp
xilicol bên ngoài. Trên nắp thùng còn có lỗ gắn với ống nhựa dẻo để châm hóa chất điều chỉnh
pH
(Hình 2.3).
Phía dưới đáy thùng có gắn van xả bằng nhựa để thuận tiện cho việc lấy mẫu đo
pH mà vẫn giữ kín khí
(Hình 2.4).
Sau khi feed mô hình đậy nắp thùng thật kín có dán thêm 1
lớp keo silicon để bảo đảm môi trường trong thùng ủ là kị khí hoàn toàn và hạn chế rò rỉ khí sinh
ra. Sau khi đã hoàn chỉnh mô hình, để đảm bảo an toàn bơm silicon vào tất cả các mối nối, ốc vít,
những vị trí có khả năng rò rỉ khí.

Đo lượng khí sinh ra bằng hệ thống bình thông nhau
(Hình 2.7).
Hệ thống được lắp từ 2 chai nhựa
1,5 lít với 1 ống nhựa dẻo. Trên than chai có chia vạch tương ứng từ 0,1 lít đến 1,5 lít. Toàn bộ
các mối nối đều được quấn băng keo cao su non và phủ lại bằng keo nhựa. Nguyên tắc hoạt động
của hệ thống đo khí: Một chai chứa đầy nước, đầu chai được buộc với túi khí cần đo thể tích để
trên cao. Chai kia không có nước để dưới th
ấp. Sau khi đã lắp túi khí vào và để các chai đúng vị
trí ta mở mối gấp trên ống nhựa cho nước chảy qua giữa hai chai. Khí trong túi sẽ chiếm chỗ
phần thể tích chai khi nước chảy qua chai kia. Kết thúc 1 lần tương ứng với thể tích đo được là

1,5 lít. Sau đó ta lại chuyển túi khí buộc vào chai đầy nước và tiến hành đo như lần đầu. Lặp lại
việc đo này nhiều lần cho tới khi lượng khí trong túi không còn thì kế
t thúc việc đo khí. Lượng
khí cần đo bằng tổng lượng khí đo được của tất cả các lần.





Hình 2.1 Toàn cảnh mô hình ủ kị khí. Hình 2.2
Ruột banh thuận lợi cho khuấy trộn.



2 -2













Hình 2.3 Nơi châm hóa chất Hình 2.4 Nơi lấy mẫu đo pH.

Hình 2.5 Túi thu khí sinh ra. Hình 2.6 Lấy mẫu đo pH.










Hình 2.7
Đo khí sinh ra bằng bình thông nhau.

Hình 2.8 M
ột
mô hình ủ kị khí hoàn chỉnh.



2 -3
2.2.2 Ðối Tượng Nghiên Cứu

- Các loại vỏ trái cây chiếm tỷ trọng lớn từ các nhà máy, công ty sản xuất nông sản thực phẩm
trên địa bàn Thành Phố Hồ Chí Minh và các vùng lân cận như thơm, mít, chuối…;
- Bùn bể tự hoại (Septic) tại nhà máy phân bón Hòa Bình - thành phố Hồ Chí Minh, được dùng
làm nguyên liệu phối trộn;
- Phân gia súc (phân heo) tại các trại chăn nuôi heo tập trung ở quận Tân Phú, thành phố Hồ Chí
Minh, được dùng làm nguyên liệu phối trộn;
- Enzyme kích thích quá trình phân huỷ kỵ khí các ch
ất hữu cơ và xellulo làm chất xúc tác nhằm
tăng khả năng phân huỷ sinh học của chất thải từ các nhà máy sản xuất nông sản thực phẩm.


Hình 2.9 Vỏ thơm. Hình 2.10 Vỏ, sơ mít.

Hình 2.11 Bùn septic. Hình 2.12 Phân heo.

2.2.3 Quy Trình Nghiên Cứu

Nguyên liệu chính là vỏ các loại trái cây được lấy từ Xí Nghiệp Chế Biến Nông Sản Thực Phẩm
Nhà Bè đem về băm nhỏ đến kích thước 1 cm – 2 cm. Các nguyên liệu phối trộn như bùn septic,
phân heo lấy về phải tiến hành xác định các thông số như pH, độ ẩm, hàm lượng chất hữu cơ để
thuận lợi cho việc tính toán theo tỉ lệ phối trộn khi nạp liệu cho mô hình có phối trộ
n. Cho
nguyên liệu vào thùng 45 lít khoảng 2/3 thể tích thùng là được. Xác định khối lượng của nguyên
liệu cho từng mô hình.

Sau khi nạp nguyên liệu vào mô hình, tiến hành lấy mẫu nguyên liệu ban đầu để phân tích các
chỉ tiêu: pH, độ ẩm, chất hữu cơ. Điều chỉnh pH, độ ẩm nhằm đảm bảo nguyên liệu đầu vào luôn


2 -4
trong điều kiện tối ưu. Lắp ráp mô hình, bơm keo silicon vào phần tiếp xúc giữa thùng và nắp
mô hình để đảm bảo kín khí hoàn toàn.

Khi bắt đầu vận hành mô hình tiến hành đo pH, lượng khí sinh ra từ mỗi mô hình, chỉnh pH,

khuấy trộn thường xuyên cho đến lúc kết thúc mô hình.

Khi kết thúc mô hình, tiến hành đo các chỉ tiêu như trên đối với phần chất rắn còn lại để so sánh,
đánh giá quá trình vận hành và đưa ra tỉ lệ phối trộn và đ
iều kiện thích hợp cho giai đoạn kế tiếp.

2.2.4 Phương Pháp Phân Tích

Phân tích các chỉ tiêu: pH, độ ẩm, chất hữu cơ, theo Test Method For The Examination Of
Composting And Compost.
1


pH

Cân khối lượng mẫu (nguyên liệu);
Trộn nước khử khoáng vào mẫu đã cân theo tỉ lệ mẫu:nước = 1:3, khuấy đều;
Đo pH của phần nước thu được từ hỗn hợp mẫu và nước bằng máy pH cầm tay hoặc máy bàn.
Đọc và ghi lại kết quả từ màn hình của máy.

Độ ẩm

Sấy đĩa inox trong tủ sấy trong 1giờ;
Hút ẩm 1giờ;
Cân khối lượng (m
o
) của đĩa;
Cân khối lượng mẫu lấy từ mô hình và đĩa (m
1
);

Sấy các mẫu trong khoảng 18 – 24 giờ trong tủ sấy ở nhiệt độ 105
o
C;
Hút ẩm 1giờ;
Cân khối lượng (m
2
) của đĩa và mẫu sau hút ẩm;
Sấy và cân mẫu lien tục cho tới khi khối lượng ổn định không đổi thì ngừng và lấy giá trị ổn định
đó để tính độ ẩm.
Công thức tính độ ẩm:


M (%) = x 100%


Công thức tính lượng chất khô như sau:

DM %= 100% – M %

Chất hữu cơ và chất tro

Rửa các nồi nung, sấy khô ở 550
o
C trong 1 giờ;
Hút ẩm 1giờ trong bình hút ẩm;
Cân khối lượng m
o
của các nồi;
Cho mẫu đã phân tích độ ẩm vào nồi đã chuẩn bị rồi cân (m
1

);
Đem nung ở 550
o
C trong 1giờ;
Hút ẩm 1giờ trong bình hút ẩm;


1
Nguồn: Wayne, 2001
m
1
– m
2

m
1
– m
0


2 -5
Cân khối lượng cả mẫu và nồi sau hút ẩm (m
2
);

Công thức tính lượng chất hữu cơ:

Lượng chất tro (tính theo %) được xác định theo công thức:
A% = 100 – OM%

Nitrogen−Tổng

Nitrogen−NH
3


Chỉ tiêu N−organic được phân tích bằng phương pháp Kjeldahl:
Cân khối lượng mẫu cho vào bình Kjeldahl đã rửa sạch tráng nước cất;
Thêm 250 ml nước khử khoáng;
Thêm 50ml dung dịch hấp thu vào erlen đặt ở dưới;
Thêm 25 ml dung dịch Borat buffer + 3 giọt NaOH để nâng pH lên 9,5;
Lắp vào lò Kieldal, bật lửa;
Nung cho tới khi dung dịch hấp thu trong erlen nâng lên 200 ml thì ngưng;
Lấy erlen chứa dung dịch hấp thu đi chuẩn độ bằng dung dịch H
2
SO
4
0,02 N để xác định N-NH
3
,
dung dịch từ màu xanh chuyển sang màu tím;

Thực hiện các bước tương tự cho mẫu 0 để đối chứng.

Công thức tính lượng N−NH
3
:

Trong đó, V
H
2
SO
4


: Thể tích H
2
SO
4
0,02N dùng chuẩn độ;
m
mẫu
: Khối lượng mẫu (theo khối lượng khô).

Nitrogen−organic

Lấy mẫu còn lại trong bình Kieldal sau khi làm N-NH
3
tiếp tục phân tích N-organic;
Thêm vào mẫu 30 ml dung dịch phân huỷ, lắc đều;
Cô cạn dung dịch trên bằng bếp nung đặt trong tủ hút, để bốc khói trắng 30 phút, tắt bếp, để
nguội;
Thêm 250 ml nước khử khoáng và 30 ml dung dịch Sodium Thiosulfate;
Thêm 50 ml dung dịch hấp thụ vào erlen đặt ở dưới;
Lắp vào lò Kieldal, bật lửa;
Nung cho tới khi dung dịch hấp thu trong erlen nâng lên 200 ml thì ngưng;

Lấy erlen chứa dung dịch hấp thu đi chuẩn độ bằng dung dịch H
2
SO
4
0,02 N, dung dịch từ màu
xanh chuyển sang màu tím;

Thực hiện các bước tương tự cho mẫu 0 để đối chứng.

Công thức tính lượng N−organic:

N−NH
3
(mg/kg) =
(V
H
2
SO
4
mẫu
– V
H
2
SO
4
mẫu

0
) x 280
m

maãu
M%

=

m
1
– m
2

m
1
– m
0
x 100%


2 -6

Trong đó, V
H
2
SO
4


: Thể tích H
2
SO
4

0,02N dùng chuẩn độ;
m
mẫu
: Khối lượng mẫu (theo khối lượng khô).

Ngoài ra, sản phẩm khí được đo bằng hệ thống bình thong nhau để xác định lượng khí thu được
và khí này cũng được xác định thành phần phần trăm hàm lượng CH
4
.

Tỉ lệ C/N

Hàm lượng carbon có thể xác định theo phương trình sau:




% C trong phương trình này là lượng vật liệu còn lại sau khi nung ở nhiệt độ 550
0
C trong 1 giờ.
Do đó, một số chất thải chứa phần lớn nhựa (là thành phần bị phân hủy ở 550
0
C) sẽ có giá trị %C
cao, nhưng đa phần không có khả năng phân hủy sinh học.

Hàm lượng carbon có thể xác định theo N-tổng:

N- tổng = N-NH3 + N-org (Với mẫu rác)

CH

4


Khí sinh ra được gửi đi phân tích để xác định hàm lượng CH
4
có trong khí sinh học thu được từ
quá trình thí nghiệm.

Chỉ Tiêu Vi Sinh

Chỉ tiêu vi sinh gồm Coliform và E.Coli, phân tích theo phương pháp MPN lên men nhiều ống.

Pha chế môi trường BGBL (Brilliant Greent Broth Lactose):

Pha 200ml môi trường
Beaker 250 ml
Ống đong 250ml
Đũa thuỷ tinh
Ống nghiệm: 16 ống
Bông gòn, thun, giấy gói.

Các bước tiến hành:

Cân bột argar BGBL : 40g Æ 1000ml;
Đong nước cất,cho nước cất và argar vào beaker
Khuấy cho bột tan đều;
Đặt beaker lên bếp điện, khuấy đều tay cho đến khi dung dịch trong suốt;
Nhắc beaker khỏi bếp, để nguội khoảng 10 phút;
Chế môi trường vào các ống nghiệm;
Đậy nút gòn và gói giấy;

N – org (mg/kg) =
(V
H
2
SO
4
mẫu
– V
H
2
SO
4
mẫu

0
) x 280
m
maãu
8,1
%
8,1
%100
%
OMtro
C =
−
=


2 -7

Hấp khử trùng ở 121
0
C, 1 atm trong 15 phút

Pha loãng mẫu ở các nồng độ 10
-1
, 10
-2
, 10
-3
:

Dùng pipet 10 ml hút 9 ml nước khử khoáng vô trùng vào từng ống nghiệm đã được đánh số từ 1
– 3 ứng với các mẫu cần pha loãng.
Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 1 được mẫu pha loãng 10
-1
.
Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 2 được mẫu pha loãng 10
-2
.
Hút 1 ml nước mẫu vào ống nghiệm 3 được mẫu pha loãng 10
-3
.

Cấy vi sinh:

Dãy 1: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10
-1
.
Dãy 2: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10

-2
.
Dãy 3: 3 ống nghiệm + 1ml mẫu 10
-3

Dãy 4: 1 ống nghiệm làm mẫu 0

Kết quả dương tính là môi trường đục và có bọt khí trong ống Duham.

Đọc kết quả:

Theo bảng MPN và con số đạt được là số lượng vi khuẩn/100 ml
chuy
ển đổi thành MPN/g.


Chỉ tiêu Coliform

Nhiệt độ ủ là 37
0
C trong 24h, lấy các ống nghiệm ra quan sát, trong trường hợp không thấy bọt
khí trong ống duham, lắc nhẹ các ống, ủ lại và quan sát sau 48h.

Chỉ tiêu E.Coli

Nhiệt độ ủ là 44,5
0
C trong 24h, lấy các ống nghiệm ra quan sát, trong trường hợp không thấy bọt
khí trong ống duham, lắc nhẹ các ống, ủ lại và quan sát sau 48h.

3 - 1

3. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ



3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

• Dựng và vận hành mô hình nghiên cứu sản xuất Biogas từ chất thải nông sản thực phẩm
nhằm phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất biogas bao gồm:

¨ pH;
¨ Độ ẩm;
¨ Chất hữu cơ đầu vào và đầu ra;
¨ Tỉ lệ C/N và lượng vi sinh (Coliform và E.Coli) đầu vào và đầu ra;
¨ Tỷ lệ phối trộ
n giữa rác nông sản với các chất khác (bùn thải hầm cầu, và phân heo);
¨ Thể tích biogas sinh ra và tỷ lệ khí methane trong mẫu khí biogas.

• Nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học của chất thải nông sản theo 3 giai đoạn, bao gồm:

¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản nguyên và có phối trộn với bùn hầm
cầu và phân heo theo tỉ lệ OM
rácnôngsản
: OM
nguyênliệu phối trộn

là 1:1;
¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản phối trộn với bùn hầm cầu và phân
heo theo tỉ lệ OM
rácnôngsản
: OM
nguyênliệu phối trộn
là 2:1;
¨ Nghiên cứu khả năng sinh khí của chất thải nông sản phối trộn với bùn hầm cầu và phân
heo theo tỉ lệ OM
rácnôngsản
: OM
nguyênliệu phối trộn
là 4:1.

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC

3.2.1 Kết Quả Nghiên Cứu Giai Đoạn 1 (01/3/2007 – 29/3/2007)

Trong giai đoạn này tiến hành nghiên cứu với vỏ thơm nguyên, vỏ sơ mít nguyên và có tiến hành
phối trộn với bùn septic và phân heo theo tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn/p.heo
= 1:1. Ngoài ra còn vận hành
mô hình bùn septic nguyên, phân heo nguyên để so sánh lượng khí sinh ra do bùn septic, phân
heo nguyên và khi đem phối trộn với rác nông sản.

Mô Hình Thí Nghiệm

− Ngày nạp liệu: 01/03/2007.

− Thể tích mô hình: 45 lít.
− Nguyên liệu chính: Vỏ thơm và vỏ sơ mít.
− Nguyên liệu phối trộn: Bùn septic và phân heo.
− Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước.
− Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1.
− Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1.
− Mô hình 4: Phân heo + 7 lít nước.
− Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước.
− Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước.
− Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1.
− Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1.

3 - 2


Bảng 3.1 Đặc tính của nguyên liệu nạp vào mô hình thí nghiệm giai đoạn 1.

Thành phần
Ðơn vị
Bùn septic Phân heo Thơm Mít
pH
-
8,10 7,98 4,02 4,83
Độ ẩm%
%
83,49 70,35 88,63 81,41
OM%
%
48,7 46,97 94,46 77,64
C/N
-
5,82 7,25 68,66 45,60

Bảng 3.2 Các thông số đầu vào của 8 mô hình thí nghiệm giai đoạn 1.

Thành phần
Ðơn
vị
MH
1

MH
2
MH
3
MH
4
MH
5
MH
6
MH
7
MH
8

pH ban đầu - 4,29 7,36 7,51 7,30 8,13 4,83 7,54 7,79
pH sau khi chỉnh - 7,08 - - - - 7,88 - -
Tổng khối lượng nguyên liệu kg 11 12 12 6 6 11 10 11
Tỉ lệ OM (OM
rác
: OM
phân/bùn
) - 1:0 1:1 1:1 0:1 0:1 1:0 1:1 1:1
Khối lượng (kg
rác
: kg
phân/bùn
) - 11:0 5,0:7,0 7,5:4,5 0:6 0:12 11:0 4,6:5,4 6,5:4,5
% độ ẩm % 90,46 83,7 83,34 88,95 92,06 81,41 89,37 80,17
%DM % 9,54 16,3 16,66 11,05 7,94 18,59 10,63 19,83

%CHC đầu vào (OM
v
) % 83,02 60,56 63,78 66,36 48,75 77,64 63,05 69,07
Khối lượng CHC đầu vào kg 0,87 1,18 1,28 0,44 0,23 1,59 0,67 1,5
Cacbon g 461,22 336,44 354,33 368,67 270,83 431,33 350,28 383,72
Nitơ-Tổng g 6,72 9,98 12,16 50,88 46,54 9,46 12,66 14,19
Tỉ lệ C/N - 68,66 33,72 29,13 7,25 5,82 45,6 27,67 27,03

Bảng 3.3 Các thông số đầu ra của 8 mô hình thí nghiệm giai đoạn 1 sau 29 ngày vận hành.

Thành phần
Ðơn
vị
MH
1
MH
2
MH
3
MH
4
MH
5
MH
6
MH
7
MH
8

pH - 6,55 7,43 6,35 8,02 6,67 6,67 6,80 6,54
% Độ ẩm % 93,08 87,23 87,14 91,88 93,97 93,97 91,42 84,05
%DM % 6,92 12,77 12,86 8,12 6,03 6,03 8,58 15,95
%CHC đầu ra (OM
r
) % 58,27 50,57 54,01 54,35 46,95 46,95 39,59 58,92
Khối lượng CHC đầu ra kg 0,44 0,77 0,83 0,26 0,17 0,17 0,34 1,03
%CHC phân hủy(OM
ph
) % 49,09 34,58 34,63 39,82 26,09 26,86 49,32 31,08
Cacbon g 323,70 280,94 300,06 301,92 260,83 341,39 275,50 327,33
Nitơ-Tổng g 13,56 28,26 31,38 68,31 48,29 21,84 17,27 31,97
Tỉ lệ C/N - 28,95 9,94 9,56 5,83 5,40 15,63 15,95 10,24

Bảng 3.4 Lượng NaOH rắn để điều chỉnh nâng 1 pH cho từng mô hình thí nghiệm giai đoạn 1.

Thành phần Ðơn vị
MH
1
MH
2
MH
3
MH
6
MH
7
MH
8

Khối lượng NaOH cho 10 g
mẫu để nâng 1 pH
g 0,02 0,015 0,01 0,018 0,017 0,015
Khối lượng NaOH cho cả
MH để nâng 1 pH
g 20 18 12 19,8 16,5 16,5
Ghi chú:


3 - 3

MH
4
và MH
5
có giá trị pH luôn cao hơn khoảng tối ưu nên phải châm acid H
2
SO
4
1N với lượng tương
ứng là 0,2 ml và 0,4 ml cho 1kg mẫu để giảm 1 pH hay 1,2 ml và 4,5 ml cho cả MH để giảm 1 pH.

Kết Quả Và Thảo luận

Kết quả phân tích và theo dõi sự thay đổi pH, sự điều chỉnh pH, lượng khí sinh ra hàng ngày và
lượng khí tích lũy của 8 mô hình giai đoạn 3 được thể hiện ở mục 1.1 trong phần Phụ Lục 1; kết
quả phân tích độ ẩm và chất hữu cơ được thể hiện ở mục 2.1 trong phần Phụ Lục 2; kết quả phân
tích tỉ lệ C/N được thể hi
ện ở mục 3.1 trong phần Phụ Lục 3;

Kết quả của giai đoạn này sẽ được tách ra thành 2 nhóm để thuận thiện cho việc phân tích so
sánh kết quả:

Nhóm 1 (phân hủy vỏ trái thơm):

− Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
− Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1
− Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1
− Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
− Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Nhóm 2 (phân hủy vỏ sơ mít):

− Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước.
− Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước.
− Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước.
− Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1.
− Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM

mít
: OM
phân heo
= 1:1.

Phân tích kết quả của các MH thuộc nhóm 1(phân hủy vỏ trái thơm):
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 101112131415171819202122232425272829
Thời gia n
vận hành
(ngày)
pH
MH1
MH2
MH3
MH4
MH5

Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM

thơm
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước



3 - 4

Giá trị pH của cả 5 MH đều giảm mạnh trong 3 ngày đầu vận hành mặc dù đã liên tục kiểm tra
để nâng pH đến mức tối ưu nhiều lần trong ngày ở giai đoạn này. Điều này có thể giải thích là do
trong những ngày đầu lượng chất hữu cơ dễ phân hủy có trong vật liệu nạp vào MH khá nhiều
nên quá trình phân hủy xảy ra mạnh nên pH giảm mạnh. Do đó việc kiểm tra và chỉnh pH thường
xuyên trong kho
ảng thời gian đầu vận hành là rất quan trọng để đưa giá trị pH của MH về
khoảng tối ưu. Kể từ ngày vận hành thứ 4 trở đi thì pH của cả 5 MH đều đạt trong khoảng tối ưu
(6,5-7,8) nên không phải chỉnh pH. Do chỉ tốn NaOH
rắn
3 ngày đầu vận hành để hiệu chỉnh pH
cho cả 5 MH.
0,00
0,50
1,00

1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1112131416171819202122242529
Thời gian
vận hành
(ngày)
Lượng khí (lít)
MH1
MH2
MH3
MH4
MH5

Hình 3.2 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên li
ệu
tổng của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm

: OM
phân heo
= 1:1
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Dựa vào đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra ở 5 MH không đều
giữa các ngày. Nhìn chung lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ
ngày vận hành 9 đến 17 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH. Lượng khí cực đại
ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:

− MH
1
: 48,55 lít/MH.ngày (55,80 lít/kgOMv.ngày hoặc 4,41 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được
vào ngày vận hành đầu tiên;
− MH
2
: 36,6 lít/MH.ngày (31,02 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,05 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được
vào ngày vận hành thứ 4;
− MH
3
: 42 lít/MH.ngày (32,81 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,50 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào
ngày vận hành thứ 3;
− MH
4
: 7,65 lít/MH.ngày (17,39 lít/kgOMv.ngày hoặc 1,28 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được
vào ngày vận hành thứ 8;
− MH
5
: 3,5 lít/MH.ngày (15,22 lít/kgOMv.ngày hoặc 0,58 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào

ngày vận hành thứ 18.



3 - 5

0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 24 25 29
Thờ i g ia n
vậ n hành
(ngà y)
L ượng khí (lít)
MH1
MH2
MH3

Hình 3.3 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg thơm nguyên li
ệu
của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm

: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1

Lượng khí sinh ra cực đại trên 1 kg thơm nguyên liệu của 3 MH đạt được: MH
1
: 4,41 lít/kg.ngày;
MH
1
: 7,32 lít/kg.ngày; MH
1
: 5,60 lít/kg.ngày.
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Thời gia n
vận hành

(ngày)
Khí tích lũy (lít)
MH1
MH2
MH3
MH4
MH5

Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg nguyên li
ệu
tổng của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước


3 - 6

0,00
5,00

10,00
15,00
20,00
25,00
01234567891011121314151617181920212223242526272829
Thờ i g ia n
vậ n hành
(ngày)
Khí tích lũ y ( lít )
MH1
MH2
MH3

Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg thơm nguyên li
ệu
của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1

Qua đồ thị ta thấy thơm khi phối trộn với bùn septic thì lượng khí tính trên 1 kg thơm nguyên
cao hơn khi phối trộn với phân heo và khi không phốii trộn.

0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
400,00
123456789101112131415161718192021222324252627282930
Thời gian
vận hành
(ngày)
Khí tích lũy (lít)
MH1
MH2
MH3
MH4
MH5

Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OM
phân hủy
của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1

Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Sản lượng khí sinh học từ nghiên cứu trong giai đoạn này của các MH:

− MH
1
: 185,23 lít/kgOM
v
và 374,77 lít/kgOM
phân hủy
(16,84 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 153,56
lít/kgDM
v
)
− MH
2
: 118,73 lít/kgOM
v
và 341,71 lít/kgOM
phân hủy
(9,89 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 71,63
lít/kgDM
v
)

3 - 7

− MH
3
: 107,61 lít/kgOM
v
và 313,05 lít/kgOM
phân hủy
(8,97 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 68,90
lít/kgDM
v
)
− MH
4
: 101,02 lít/kgOM
v
và 246,94 lít/kgOM
phân hủy
(16,84 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 67,04
lít/kgDM
v
)
− MH
5
: 38,70 lít/kgOM
v
và 148,33 lít/kgOM
phân hủy

(6,45 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 18,68
lít/kgDM
v
)

Nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học từ rác nông sản thực phẩm còn mới nên chưa tìm thấy kết
quả nghiên cứu trước nên ta so sánh kết quả đạt được với những nghiên cứu trước đây từ rác sinh
hoạt như: 46,64 lít/kgOM
v
(Dương, 2005); 36,71 lít/kgOM
v
và 166,81 lít/kgOM
phân hủy
(Cường,
2006); 24,94 lít/kgDM
v
(Linh, 2005); 374 lít/kgDM
v
(An,1999); 600 lít/kgOM
phân hủy
(Samy,
2003); 360 lít/kgOM
phân hủy
(Masound, 1996); 550 lít/kgOM
phân hủy
(Taiganides, 1980). Từ đó có
thể thấy, so với những nghiên cứu trong nước thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với
những nghiên cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra trong giai đoạn này vẫn còn ít.

Xét về tỉ lệ C/N của 4 mô hình giảm rõ rệt sau quá trình phân hủy kỵ khí. Tỉ lệ C/N đầu vào và

đầu ra của các mô hình được thể hiện tương ứng như sau:

− Mô hình 1 (Vỏ thơm + 5 lít nước): 68,66 và 28,95 giảm 57,84%;
− Mô hình 2 (Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, t
ỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1): 33,72 và 9,94
giảm 70,52%;
− Mô hình 3 (Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 1:1): 29,13 và 9,56
giảm 67,18%;
− Mô hình 4 (Phân heo + 10 lít nước): 7,25 và 5,83 giảm 19,59%;
− Mô hình 5 (Bùn septic + 7 lít nước): 5,82 và 5,40 giảm 7,22%.

So sánh tỉ lệ C/N sản phẩm sau quá trình phân hủy của các mô hình được thể hiện như trên với tỉ
lệ C/N của phân compost sau khi ổn định là < 17:1
(1)
, ta thấy sản phẩm sau quá trình phân hủy
kỵ khí hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng. Chỉ có
MH
1
(Vỏ thơm + 5 lít nước) là C/N sau phân hủy còn cao 28,95 không thỏa tiêu chuẩn compost.

Phân tích kết quả của các MH thuộc nhóm 2 (phân hủy vỏ sơ mít)


(1)
Hòa, 2006


3 - 8

5
5,5
6
6,5
7
7,5

8
8,5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27
Thời gian
vận hành
(ngày)
pH
MH4
MH5
MH6
MH7
MH8

Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1

Giá trị pH của các MH có vỏ sơ mít (MH

6
, MH
7
, MH
8
) đều giảm trong 2 ngày đầu vận hành mặc
dù đã liên tục kiểm tra để nâng pH đến mức tối ưu (2 lần trong ngày). Kể từ ngày vận hành thứ 3
trở đi thì pH của các MH có vỏ sơ mít giảm ít nhưng đều nằm trong khoảng tối ưu nên việc chỉnh
pH sẽ không cần thiết. Điều này được giải thích tương tự như những giai đoạn trước.
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
4,50
5,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1112131416171819202122242529
Thời gian
vận hành
(ngày)
Lượng khí (lít)
MH4
MH5
MH6
MH7
MH8

Hình 3.8 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên li
ệu
tổng của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1

Dựa vào các đồ thị thể hiện lượng khí sinh ra mỗi ngày ta thấy lượng khí sinh ra ở 5 MH không
đều giữa các ngày. Nhìn chung lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần
từ ngày vận hành 9 đến 17 và lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH. Lượng khí cực
đại ở các MH khác nhau đạt được vào những ngày khác nhau, cụ thể:



3 - 9

− MH
4

: 7,65lít/MH.ngày (17,39 lít/kgOMv.ngày hoặc 1,28 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được
vào ngày vận hành thứ 8;
− MH
5
: 3,5lít/MH.ngày (15,22 lít/kgOMv.ngày hoặc 0,58 lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào
ngày vận hành thứ 18;
− MH
6
: 41,1lít/MH.ngày (25,85 lít/kgOMv.ngày hoặc 3,74lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt được vào
ngày vận hành thứ 4;
− MH
7
: 47,0lít/MH.ngày (70,15lít/kgOMv.ngày hoặc 4,70lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt vào ngày
vận hành thứ 5;
− MH
8
: 41,5lít/MH.ngày (27,67lít/kgOMv.ngày hoặc 3,77lít/kg nguyên liệu.ngày) đạt vào ngày
vận hành đầu tiên.

Ở giai đoạn khoảng 8 ngày đầu tốc độ sinh khí đạt giá trị là lớn nhất và giảm dần sau đó ở MH
7
,
MH
8
, MH
6
, MH
4
(trừ MH
5

). Chứng tỏ trong các MH tồn tại một lượng chất hữu cơ dễ phân hủy,
các vi sinh vật tiêu thụ nhanh và sinh khí nhiều. Sau đó lượng khí giảm dần là do quá trình thủy
phân và acide hóa nhanh làm tích tụ acide hữu cơ làm giá trị pH giảm mạnh như đã phân tích ở
trên làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn methane hóa. Kết quả là lượng khí sinh ra ít hơn
sau 8 ngày đầu. Kết quả ở MH
5
(bùn septic) có thể được giải thích là do bùn septic được lấy về
đã lâu nên vi sinh vật bị chết hay giảm số lượng, đồng thời một phần chất hữu cơ bị phân hủy
hiếu khí trước đó nên lượng khí sinh ra ít. Tỷ lệ lượng khí sinh ra ở 4 MH trong 8 ngày đầu so
với tổng lượng khí tích lũy MH
4
: 35,88%; MH
5
: 3,37%; MH
6
: 7,03%; MH
7
: 66,20%; MH
8
:
80,84%;

Thời gian sinh khí sinh học của 5 MH là 29 ngày. Thời gian này rất ít so với nghiên cứu của
Nhật, 2005 là 51 ngày. Ðiều này là do nguyên liệu đầu vào được điều chỉnh pH đến khoảng tối
ưu (6,5 − 7,8), và trong suốt quá trình vận hành pH cũng được đo và điều chỉnh nhằm đảm bảo
cho vi sinh vật luôn trong môi trường thuận lợi. Mặt khác, khuấy trộn thường xuyên và kích
thước chất thải rắn được cắt nhỏ
đến kích thước thích hợp cũng làm cho quá trình phân hủy xảy
ra nhanh hơn.
0,00

1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1112131416171819202122242529
Thờ i g ia n
vậ n hành
(ngày)
L ượng khí (lít)
MH6
MH7
MH8

Hình 3.9 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg mít nguyên li
ệu
của các mô hình theo thời gian.

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo

= 1:1

Lượng khí sinh ra cực đại trên 1 kg mít nguyên liệu của 3 MH đạt được: MH
6
: 3,74 lít/kg.ngày;
MH
7
: 0,85 lít/kg.ngày; MH
8
: 6,38 lít/kg.ngày.


3 - 10

0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00
16,00
18,00
01234567891011121314151617181920212223242526272829
Thời gian
vận hành
(ngày)
Khí tích lũy (lít)
MH4

MH5
MH6
MH7
MH8

Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg nguyên li
ệu
tổng của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
12,00
14,00

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Thờ i g ia n
vậ n hành
(ngà y)
Khí tích lũ y ( lít)
MH6
MH7
MH8


Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg mít nguyên li
ệu
của các mô hình theo thời gian.

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1

Qua đồ thị ta thấy mít khi phối trộn với phân heo thì lượng khí tính trên 1 kg mít nguyên cao hơn
khi phối trộn với bùn septic và khi không phối trộn.

3 - 11

0,00
50,00
100,00
150,00
200,00
250,00
300,00
350,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
Thời gian
vận hành
(ngày)
Khí tích lũy (lít)
MH4
MH5
MH6
MH7
MH8

Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện lượng khí tích lũy trên 1 kg OM
phân hủy
của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 4: Phân heo + 10 lít nước
Mô hình 5: Bùn septic + 7 lít nước

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít

: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1

Sản lượng khí sinh học từ nghiên cứu trong giai đoạn này của các MH:

− MH
4
: 101,02 lít/kgOM
v
và 246,94 lít/kgOM
phân hủy
(16,84 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 67,04
lít/kgDM
v
)
− MH
5
: 38,70 lít/kgOM
v
và 148,33 lít/kgOM
phân hủy
(6,45 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 18,68
lít/kgDM
v

)
− MH
6
: 120,75 lít/kgOM
v
và 184,62 lít/kgOM
phân hủy
(10,98 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc
93,89lít/kgDM
v
)
− MH
7
: 165,82lít/kgOM
v
và 264,52 lít/kgOM
phân hủy
(11,11 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 104,52
lít/kgDM
v
)
− MH
8
: 90,13 lít/kgOM
v
và 287,66 lít/kgOM
phân hủy
(8,19 lít/kg nguyên liệu ướt hoặc 61,99
lít/kgDM
v

)

Lượng khí tích lũy trên 1 kg OM
thơm/mít phân hủy
của các mô hình của giai đoạn 1 sau 29 ngày vận hành:


Mô hình MH
1
MH
2
MH
3
MH
6
MH
7
MH
8

Lượng khí
(
lít/kgOM
phân hủy
)

374,77 535,1 379,16 184,62 464,54 328,38


3 - 12

0
100
200
300
400
500
600
Các mô
hình
L ượn g k h í ( lít )
MH1
MH2
MH3
MH6
MH7
MH8

Hình 3.13 Biểu đồ lượng khí tích lũy trên 1 kg OM
thơm/mít phân hủy
của các mô hình sau 29 ngày vận hành.
Mô hình 1: Vỏ thơm + 5 lít nước
Mô hình 2: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 3: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM

phân heo
= 1:1

Mô hình 6: Vỏ sơ mít + 7 lít nước
Mô hình 7: Vỏ sơ mít + phân heo +7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 1:1
Mô hình 8: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1

Qua đồ thị trên ta thấy với tỉ lệ phối trộn 1:1 thì vỏ thơm khi phối trộn với bùn septic cho kết quả
tốt nhất, còn vỏ sơ mít khi phối trộn với phân heo thì cho kết quả tốt nhất.

Xét về tỉ lệ C/N của 5 mô hình giảm rõ rệt sau quá trình phân hủy kỵ khí. Tỉ lệ C/N đầu vào và
đầu ra của các mô hình được thể hiện tương ứng như sau:

− Mô hình 4 (Phân heo + 10lít nước): 7,25 và 5,83 gi
ảm 19,59%;
− Mô hình 5 (Bùn septic + 7lít nước): 5,82 và 5,40 giảm 7,22%.
− Mô hình 6 (Vỏ mít + 7lít nước): 45,6 và 15,63 giảm 65,72%;
− Mô hình 7 (Vỏ mít + bùn septic + 7lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
septic
= 1:1): 27,66 và 9,56 giảm

65,43%;
− Mô hình 8 (Vỏ mít + phân heo + 7lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 1:1): 27,63 và 10,24
giảm 62,94%

So sánh tỉ lệ C/N sản phẩm sau quá trình phân hủy của các mô hình được thể hiện như trên với tỉ
lệ C/N của phân compost sau khi ổn định là < 17:1, ta thấy sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ
khí hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng.

Nhận xét chung:

Từ việc phân tích kết quả trên, rút ra một số kết luận và kiến nghị về các mô hình ở giai đoạn 3
như sau:

− pH giảm mạnh trong những ngày đầu vận hành (3 ngày) do đó cần phải kiểm tra chặt chẽ và
điều chỉnh pH thường xuyên trong những ngày này;
− Các MH có phối trộn với phân heo và bùn septic thì pH ổn định hơn các MH không phối trộn,
pH chỉ giảm nhẹ trong 3 ngày đầu vận hành. Trong giai đoạn này, MH có phối trộn với phân
heo có tác dụng ổn định pH tốt hơn MH được phối trộn với bùn septic;


3 - 13

− Lượng khí sinh ra nhiều ở 8 ngày đầu vận hành sau đó giảm dần từ ngày vận hành 9 đến 17 và
lại tăng lên ở giai đoạn cuối đến lúc kết thúc MH. Lượng khí cực đại ở các MH khác nhau đạt
được vào những ngày khác nhau;
− Kết quả lượng khí sinh ra trong giai đoạn này so với những nghiên cứu trong nước với nguyên

liệu là chất thải rắn sinh hoạt thì lượng khí sinh ra là khả quan, nhưng so với những nghiên
cứu ngoài nước thì lượng khí sinh ra vẫn còn ít.
− Lượng khí sinh ra tính trên 1 kg OM
phân hủy
của các MH thơm có phối trộn thì cho kết quả cao
hơn so với MH thơm không phối trộn;
− Sản phẩm sau quá trình phân hủy kỵ khí ở giai đoạn này hoàn toàn đảm bảo tỉ lệ C/N nên
thích hợp để sử dụng làm phân bón cho cây trồng;
− Tiếp tục tiến hành phối trộn vỏ thơm và vỏ mít với nguyên liệu phối trộn là bùn septic và
phân heo với tỉ lệ OM
rác
: OM
bùn/phân
= 2:1.

3.2.2 Kết Quả Nghiên Cứu Giai Đoạn 2 (4/4/2007 – 4/5/2007)

Trong giai đoạn này tiếp tục nghiên cứu với vỏ thơm và vỏ sơ mít nhưng tiến hành phối trộn với
bùn septic và phân heo theo tỉ lệ OM
rác
: OM
bùn/phân
= 2:1 nhằm tìm ra tỉ lệ phối trộn tối ưu.

Mô Hình Thí Nghiệm

− Ngày nạp liệu: 30/03/2007
− Thể tích mô hình: 45 lít
− Nguyên liệu chính: Vỏ thơm và vỏ sơ mít
− Nguyên liệu phối trộn: Bùn septic và phân heo

− Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 2:1
− Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 2:1
− Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 2:1
− Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 2:1

Bảng 3.5 Đặc tính của nguyên liệu nạp vào mô hình thí nghiệm giai đoạn 2.

Thành phần Ðơn vị
Bùn septic Phân heo Thơm Mít
pH -
8,10 7,98 4,02 4,83
Độ ẩm %
83,49 70,35 88,63 81,41
OM %

48,7 46,97 94,46 77,64
C/N -
5,82 7,25 68,66 45,60
Coliform (MNP/100ml)
9.10
9
4.10
10
3.10
4
3.10
4
E.Coli (MNP/100ml) 24.10
7

24.10
7
14 14

Bảng 3.6 Các thông số đầu vào của 4 mô hình thí nghiệm giai đoạn 2.

Thành phần Ðơn vị
MH
1
MH
2
MH
3
MH
4

pH ban đầu - 7,15 6,11 7,60 6,45
pH sau khi chỉnh - - 7,19 - 7,28
Tổng khối lượng nguyên liệu kg 11 11 11 11
Tỉ lệ OM (OM
rác
: OM
phân/bùn
) - 2:1 2:1 2:1 2:1
Khối lượng (kg
rác
: kg
phân/bùn
) kg 6,6:4,4 7,9:3,1 5,8:5,2 7,2:3,8
% độ ẩm % 89,57 89,26 88,67 91,21
%DM % 10,43 10,74 11,33 8,79


3 - 14

%CHC đầu vào (OM
v
) % 65,75 83,48 66,36 83,67
Khối lượng CHC đầu vào kg 0,75 0,99 0,83 0,81
Tỉ lệ C/N - 26,61 23,73 25,2 19,34
Cacbon g 365,28 463,78 368,67 464,83
Nitơ-Tổng g 13,73 19,54 14,63 24,04
Coliform (MNP/100ml) 3.10
7
15.10

8
11.10
9
11.10
9

E.Coli (MNP/100ml) 3.10
6
150.10
6
21.10
6
28.10
6


Bảng 3.7 Lượng NaOH rắn để điều chỉnh nâng 1 pH cho từng mô hình thí nghiệm giai đoạn 2.

Thành phần Ðơn vị
MH
1
MH
2
MH
3
MH
4

Khối lượng NaOH cho 10 g mẫu để
nâng 1 pH

g 0,023 0,015 0,011 0,020
Khối lượng NaOH cho cả MH để
nâng 1 pH
g 25,2 16,5 12,5 22,19

Bảng 3.8 Các thông số đầu ra của 4 mô hình thí nghiệm giai đoạn 2 sau 31 ngày vận hành.

Thành phần Ðơn vị
MH
1
MH
2
MH
3
MH
4

pH - 8,09 6,64 8,23 6,49
% Độ ẩm % 92,31 93,58 90,98 93,88
%DM % 7,69 6,42 9,02 6,12
%CHC đầu ra (OM
r
) % 55,31 71,57 57,94 67,7
Khối lượng CHC đầu ra kg 0,47 0,51 0,57 0,46
%CHC phân hủy(OM
ph
) % 37,98 48,75 30,49 43,66
Cacbon g 307,30 397,60 321,90 376,09
Nitơ-Tổng g 33,71 43,64 32,43 64,10
Tỉ lệ C/N - 9,12 9,11 9,93 5,87

Coliform (MNP/100ml) 11.10
4
21.10
2
11.10
4
11.10
4

E.Coli (MNP/100ml) 30 30 30 430

Kết Quả Và Thảo luận

Kết quả phân tích và theo dõi sự thay đổi pH, sự điều chỉnh pH, lượng khí sinh ra, lượng khí tích
lũy của 4 mô hình giai đoạn 4 được thể hiện ở mục 1.2 trong phần Phụ Lục1; kết quả phân tích
độ ẩm và chất hữu cơ được thể hiện ở mục 2.2 trong phần Phụ Lục 2; kết quả phân tích xác định
tỉ lệ C/N được thể hi
ện ở mục 3.2 trong phần Phụ Lục 3; kết quả phân tích chỉ tiêu vi sinh được
thể hiện ở mục 4.1 trong phần Phụ Lục 4; kết quả phân tích tỉ lệ khí methane có trong khí sinh
học được thể hiện trong phần Phụ Lục 5.


3 - 15

4,3
4,7
5,1
5,5
5,9
6,3

6,7
7,1
7,5
7,9
8,3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 29 30 31
Thời gian
vận hành
(ngày)
pH
MH1
MH2
MH3
MH4

Hình 3.14 Biểu đồ thể hiện sự thay đổi pH của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
bùn
= 2:1
Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 2:1
Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn

= 2:1
Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 2:1

Tương tự như những giai đoạn trước giá trị pH của cả 4 MH trong 4 ngày đầu vận thì hành ngày
hôm sau luôn giảm thấp hơn mức tối ưu đã được hiệu chỉnh của ngày hôm trước.

Từ ngày thứ 5 trở đi pH tương đối ổn định, riêng pH của MH
1
và MH
3
giai đoạn cuối (5 ngày
cuối) lại tăng lên. Điều này được giải thích là do giai đoạn cuối quá trình phân hủy đã giảm đến
mức thấp nhất và các nguyên liệu chính là vỏ thơm và vỏ sơ mít không còn nữa nên quá trình
acid hoá không xảy ra. Đồng thời bản thân bùn septic có pH khá cao (7,5 – 8,3) nên pH của các
MH có phối trộn với bùn septic trong giai đoạn cuối pH tăng cao. Đồng thời có sự chuyển hóa
NH
3
thành NH
4
+
sinh ra OH
-
làm pH tăng cao.
Phương trình chuyển hóa: NH
3
+ H

2
O NH
4
+
+ OH
-

0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
123456781011121314171819202123253031
Thời gian
vận hành
(ngày)
Lượng khí (lít)
MH1
MH2
MH3
MH4

Hình 3.15 Biểu đồ lượng khí sinh ra mỗi ngày trên 1 kg nguyên liệu tổng của các mô hình theo thời gian.
Mô hình 1: Vỏ thơm + bùn septic + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM

bùn
= 2:1
Mô hình 2: Vỏ thơm + phân heo + 5 lít nước, tỉ lệ OM
thơm
: OM
phân heo
= 2:1
Mô hình 3: Vỏ sơ mít + bùn septic + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
bùn
= 2:1
Mô hình 4: Vỏ sơ mít + phân heo + 7 lít nước, tỉ lệ OM
mít
: OM
phân heo
= 2:1