Nghiên cứu và đánh giá tiền khả thi xử lý chất thải rắn thành phố cần thơ bằng phương pháp lên men khô về mặt kỹ thuật – kinh tế và xã hội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.51 MB, 118 trang )
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
Hiện nay, cùng với cả nước Thành phố Cần Thơ đang trên đà phát triển mạnh mẽ
với tốc độ đô thị hóa khá nhanh. Nhiều khu dân cư mới, khu công nghiệp, thương mại,
dịch vụ, giải trí... không ngừng được xây dựng và mở rộng như: khu dân cư nam sông
Cần Thơ, khu công nghiệp Trà Nóc 1 và 2, các siêu thị ....Từ đó, Thành phố đã thu hút
nhiều nguồn lao động, góp phần giải quyết vấn đề việc làm cho xã hội. Đồng thời, sự
phát triển của Thành phố cũng góp phần nâng cao đời sống cho người dân Thành phố
cả về vật chất lẫn tinh thần.
Bên cạnh những lợi ích về kinh tế, xã hội, đô thị hóa nhanh cũng sẽ làm gia tăng
lượng chất thải bao gồm: khí thải, nước thải và đặc biệt là rác thải sinh hoạt. Bao giờ
cũng vậy, Thành phố phát triển càng nhanh thì lượng rác càng tăng là điều tất yếu.
Nhìn chung, lượng rác thải của Thành Phố Cần Thơ đã không ngừng tăng lên
trong thời gian qua. Theo báo cáo của Công ty Công Trình Đô Thị Cần Thơ, lượng rác
thải của Thành phố năm 2002 là 55 tấn/ ngày, năm 2005 là 777 tấn/ngày. Lượng rác
này sẽ còn tiếp tục tăng trong tương lai.
Với lượng rác lớn như thế, nhưng biện pháp xử lý chủ yếu hiện nay của Thành
Phố là tập trung đổ đống và phun hóa chất khử mùi ở bãi rác Tân Long và bãi rác Ô
Trung
tâm
Học
liệu
ĐHcảCần
Thơ
@ đều
Tàikhông
liệu đảm
họcbảo
tậpcácvàyêunghiên
Môn.
Nhưng
nhìn
chung,
hai bãi
rác này
cầu về vệcứu
sinh
môi trường, đã và đang gây ô nhiễm nặng nề cho khu vực xung quanh. Đồng thời, với
cách xử lý này chúng ta còn phải tiêu tốn diện tích đất khá lớn do phải liên tục mở ra
những bãi chôn lấp mới. Do đó, cần tìm ra một phương pháp xử lý rác phù hợp, vừa
giải quyết được vấn đề môi trường vừa mang lại hiệu quả kinh tế là một việc làm cần
thiết hiện nay.
Thực tế, đã có nhiều biện pháp được đề xuất như: thiêu hủy, chôn lấp hợp vệ
sinh, ủ phân compost...Trong đó, được quan tâm và nghiên cứu nhiều hiện nay là
phương pháp xử lý rác theo công nghệ sinh học. Ưu điểm của phương pháp này là có
thể tận dụng lại năng lượng và dưỡng chất có trong rác thải.
Phương pháp xử lý này đã được nước ta ứng dụng cách đây khoảng 2 thập kỉ.
Tuy nhiên, chỉ đến những năm gần đây, phương pháp này mới thực sự được chú trọng.
Hiện nay, ở nước ta đã có một số nhà máy sản xuất phân hữu cơ và khí sinh học từ rác
như: Nhà máy xử lí rác Thanh Trì, Nhà máy xử lý rác Nam Sơn...(website Bộ tài
nguyên và môi trường,28/10 2007,[17])
So với phương pháp chôn lấp phổ biến hiện nay, phương pháp này có thể khắc
phục được tình trạng ô nhiễm môi trường không khí và ô nhiễm nguồn nước, đồng thời
tiết kiệm được diện tích đất.
Còn so với phương pháp thiêu hủy, phương pháp này sẽ không gây hiệu ứng nhà
kính, do nó hạn chế được rất nhiều lượng khí thải vào môi trường. Hơn nữa, nó còn
kinh tế hơn rất nhiều so với công nghệ thiêu hủy. Vì một tấn rác xử lí bằng công nghệ
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 1
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
sinh học chỉ 160,000đồng. Trong khi đó nếu đem thiêu hủy thì phải tốn khoảng
480,000 – 640,000đồng, (website Bộ tài nguyên và môi trường, 28/12/ 2007,[17])
Với những ưu điểm trên, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài nghiên cứu về khả
năng ứng dụng phương pháp ủ yếm khí để xử lý rác thải sinh hoạt của Thành Phố Cần
Thơ, cụ thể là rác thải của chợ Xuân Khánh, quận Ninh Kiều, Thành Phố Cần Thơ.
Qua đề tài này, chúng tôi hy vọng sẽ tìm ra giải pháp hợp lý cho công tác quản lý
và xử lý rác thải của Thành Phố Cần Thơ, đặc biệt là rác thải sinh hoạt. Từ đó sẽ góp
phần giải quyết được tình trạng ứ đọng rác thải của Thành phố, cũng như bảo vệ môi
trường của chúng ta ngày càng xanh - sạch - đẹp.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 2
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT THẢI RẮN
2.1.1 Định nghĩa chất thải rắn
“Chất thải rắn (hay gọi là rác) là tất cả các chất thải sản sinh do các hoạt động
của con người và động vật. Đó là các vật liệu hay hàng hóa không còn sử dụng được
hay không hữu dụng đối với người sở hữu của nó nữa nên bị bỏ đi” (Lê Hoàng Việt,
2005,[1]).
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) định nghĩa: “ Chất thải rắn là toàn bộ các loại vật
chất được con người loại bỏ trong các hoạt động kinh tế xã hội của mình (bao gồm các
hoạt động sản xuất, các hoạt động sống và duy trì sự tồn tại của cộng đồng vv...).
Trong đó, quan trọng nhất là các loại chất thải sinh ra từ các hoạt động sản xuất và
hoạt động sống”.
Rác thải sinh hoạt là tất cả các rác thải sản sinh ra do các hoạt động sinh hoạt
hằng ngày của con người bao gồm: rác thải từ các hộ dân, các chợ, rác thải từ sinh hoạt
hằng ngày của bệnh viện (trừ các bệnh phẩm, chai lọ thuốc, kim tiêm, bông băng, rác
sản sinh trong quá trình điều trị bệnh…), rác thải từ sinh hoạt hằng ngày của các công
nhân tại các nhà máy, xí nghiệp….
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
2.1.2 Một số tính chất của chất thải rắn
2.1.2.1 Ẩm độ
Ẩm độ của rác phản ánh lượng nước có trong rác, bao gồm lượng nước có trong
các liên kết hóa học trong rác và lượng nước bên ngoài do rác giữ lại. Ẩm độ là một
thông số quan trọng cho các quá trình xử lý rác bởi vì:
Ẩm độ ảnh hưởng trực tiếp đến việc tạo nước rỉ khi đem chôn lấp
Ẩm độ là một trong những yếu tố quan trọng trong việc ủ phân
Ẩm độ ảnh hưởng đến việc tạo nhiệt trong quá trình đốt rác
Ẩm độ của rác đô thị biến thiên từ 15 – 40 % phụ thuộc vào thành phần rác, mùa
trong năm, ẩm độ không khí, thời tiết...(Lê Hoàng Việt, 2005,[1] )
2.1.2.2 Trọng lượng riêng
Trọng lượng riêng của rác là trọng lượng của rác tính trên một đơn vị thể tích.
Đây là một thông số có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các bãi chôn lấp rác.
Trọng lượng riêng của rác thay đổi theo vị trí địa lý, khu vực, mùa, chu kỳ thu
gom, việc sử dụng các thiết bị nén rác... Theo Lê Huy Bá (2000), trọng lượng riêng
của rác thải sinh hoạt thay đổi từ 120 kg/m3 – 550 kg/m3.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 3
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.1 Trọng lượng riêng của rác thải sinh hoạt một số Thành phố của
Việt Nam
STT
Thành phố
Trọng lượng riêng
(kg/m3)
1
Hà Nội
480 – 580
2
Đà Nẵng
420
3
Hải Phòng
580
4
Hồ Chí Minh
500
(Trần Hiếu Nhuệ, 2001,[3])
2.1.2.3 Khả năng phân hủy sinh học của các thành phần hữu cơ của rác
Các thành phần hữu cơ trong rác như: cellulose, protein, chất béo, carbohydrate...
sẽ ảnh hưởng đến khả năng phân hủy của rác. Các thành phần này có thể bị phân hủy
bởi các vi sinh vật (VSV) để tạo ra các chất khí, các hợp chất hữu cơ và vô cơ tương
đối trơ.
Khả năng phân hủy sinh học của chất hữu cơ trong rác đô thị được xác định bằng
chỉ tiêu chất rắn bay hơi (VS) bằng cách nung mẫu ở 5500C. Tuy nhiên, do một số chất
hữu tâm
cơ rấtHọc
dễ bay
hơi,ĐH
nhưng
bị phân
rất học
chậm tập
(nhưvà
giấynghiên
báo, vỏ cây...)
Trung
liệu
Cần
Thơhủy
@sinh
Tàihọc
liệu
cứu
nên thông số này thường không chính xác. Để thay thế, người ta dùng hàm lượng
lignin để ước lượng khả năng phân hủy sinh học của rác đô thị thông qua mối quan hệ
trong phương trình sau:
BF = 0.83 – 0.028 LC
Trong đó: BF: tỉ lệ chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học (dựa trên VS)
0.83: hằng số thực nghiệm
0.028: hằng số thực nghiệm
LC: hàm lượng lignin của các chất rắn bay hơi (% trọng lượng khô)
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 4
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.2 Tỉ lệ phân hủy sinh học của một số thành phần hữu cơ trong rác
theo hàm lượng lignin
Thành phần
Chất rắn bay hơi
(% của tổng chất
rắn)
7 - 15
Hàm lượng
lignin
(% của VS)
0.4
BF
Thức ăn thừa
Giấy
Giấy báo
94.0
21.9
Giấy văn phòng
96.4
0.4
Giấy carton
94.0
12.9
Rác vườn (cành, lá cây)
50 - 90
4.1
(George Tchobanoglous, Hilary Theisen, Rolf Eliasen, 1994
lược trích từ Lê Hoàng Việt, 2005,[1])
0.82
0.22
0.82
0.47
0.72
2.1.3 Các phương pháp xử lý chất thải rắn
Hiện nay, có ba hình thức xử lý rác thải phổ biến là: thiêu hủy, chôn lấp và ủ
phân.
2.1.3.1 Phương pháp thiêu hủy
Thiêu hủy rác là việc đốt rác có kiểm soát nhằm đảm bảo cho các thành phần cần
Trung
Họchoàn
liệutoàn
ĐHkhông
Cầnsinh
Thơ
@ Tài
liệu
học
thiêutâm
hủy cháy
ra PIC’s
và các
chất
độctập
khác.và nghiên cứu
Quá trình thiêu hủy rác thường đi đôi với việc thu hồi năng lượng trong quá trình
thiêu hủy để sản xuất hơi nước và điện năng.
Quá trình thiêu hủy rác còn làm giảm bớt thể tích rác. Với phương pháp này, thể
tích rác có thể giảm từ 80 – 90%.
Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng vấn đề ô nhiễm không khí trong quá trình thiêu
hủy là vấn đề cần phải chú ý, vì việc kiểm soát và khống chế các vấn đề ô nhiễm
không khí sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của phương pháp này (Lê Hoàng Việt,
2005, [1])
2.1.3.2 Phương pháp chôn lấp
Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh là một phương pháp đổ rác tại bãi, không làm
mất vệ sinh công cộng bằng cách:
Dùng phương tiện kỹ thuật để giới hạn rác vào một diện tích đất nhỏ
nhất, và giảm thể tích rác đến mức tối đa.
Che phủ rác hằng ngày bằng một lớp đất
Hiện nay, số lượng bãi chôn lấp hợp vệ sinh đạt tiêu chuẩn còn rất ít, đa số chỉ là
bãi rác đổ đống. Theo GS. Nguyễn Lân Dũng (2006), cả nước ta mới chỉ có 13 Tỉnh
thành có bãi chôn lấp rác hợp vệ sinh.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 5
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.3 Thành phần khí tạo thành ở bãi chôn lấp
% thể tích khô
Thành phần
Theo Ham R.K (1984)
Theo Hocks – J (1985)
CH4
47.5
55.5
CO2
47
41.2
N2
3.7
2.1
O2
0.8
1.1
H2
0.1
0.01
(Lược trích từ Trần Hiếu Nhuệ, 2001,[3])
2.1.3.2 Phương pháp ủ phân compost
Ủ phân compost là một biện pháp xử lý các loại rác có hàm lượng chất hữu cơ
cao và dễ bị phân hủy sinh học.
Theo Haug (1980) định nghĩa “Quá trình ủ phân compost là quá trình phân hủy
và ổn định các chất hữu cơ ở nhiệt độ cao 40 – 60oC, do nhiệt được sản sinh ra trong
các quá trình sinh học.”
Có 2Học
hình thức
phân:Cần
hiếu khí
và yếm
khí liệu học tập và nghiên cứu
Trung tâm
liệuủĐH
Thơ
@ Tài
Ủ phân hiếu khí: là quá trình phân giải các chất hữu cơ có sự hiện diện
của oxy. Sản phẩm tạo thành là: CO2, NH3, nước và năng lượng.
Ủ phân yếm khí: là quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện
không có oxy. Quá trình này tạo ra các axit hữu cơ phân tử thấp,
methane, CO2, NH3 và một số khí khác...
Trong giới hạn của luận văn này, chúng tôi quan tâm đến vấn đề xử lý rác bằng
biện pháp ủ phân yếm khí.
2.2 GIỚI THIỆU QUÁ TRÌNH LÊN MEN YẾM KHÍ
2.2.1 Sơ lược về phương pháp lên men khô
Trước đây, việc ủ biogas với nhiều loại chất nền khác nhau, thường đuợc thực
hiện với ẩm độ khá cao khoảng đến 90% (lên men ướt).
Theo Sổ tay hệ thống hỗ trợ ra quyết định DSS cho việc áp dụng năng lượng tái
tạo từ việc đốt sinh khối và biogas, (2005) thì:
Quá trình lên men khô dùng để lên men chất nền có chứa đến 65 % vật
chất khô trong khi quá trình lên men ướt dùng để lên men chất nền chứa
nhiều nước và chỉ có chứa từ 5 – 12 % vật chất khô”.
Năng suất sinh khí của quy trình lên men ướt và quy trình lên men khô
biến thiên theo thời gian tồn lưu, thể tích bể phản ứng. Thông thường thì
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 6
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
cùng một chất nền sẽ có cùng năng suất sinh khí cho dù là lên men ướt
hay lên men khô.
Từ đó, ta thấy rằng quá trình lên men khô có ưu điểm là:
+ Yêu cầu về nước ít
+ Ít xử lý nước rỉ
+ Tải lượng nạp cao hơn so với lên men ướt
Vì vậy, phương pháp này sẽ xử lý được lượng chất thải nhiều hơn so với cách ủ
cũ. Đồng thời, việc sử dụng, vận chuyển và bảo quản bã thải sinh học sau ủ sẽ đơn
giản hơn nhiều.
Đối với rác thải sinh hoạt, lên men khô là ủ rác với ẩm độ tự nhiên của rác
(khoảng 50 – 60%).
2.2.2 Cơ chế quá trình lên men yếm khí
2.2.2.1 Nguyên lý chung quá trình phân giải yếm khí
Trong điều kiện không có oxy, vi khuẩn (VK) yếm khí sẽ phân hủy các chất hữu
cơ phức tạp, tạo thành các chất hữu cơ đơn giản hơn và các chất khí. Quá trình này rất
phức tạp, gồm nhiều phản ứng khác nhau với sự tham gia của nhiều loại VK. VK phân
giải các chất hữu cơ, đồng thời sử dụng các dưỡng chất từ đây để sinh trưởng và phát
triển.
Tùy Học
theo sản
cùng
được
thành,
chia
hình thức
lên
Trung tâm
liệuphẩm
ĐHcuối
Cần
Thơ
@tạo
Tài
liệungười
học tatập
vàcácnghiên
cứu
men thành: lên men rượu, lên men acid, lên men methane...
2.2.2.2 Quá trình yếm khí tạo methane
Quá trình phân hủy yếm khí có thể được đơn giản hóa bởi 2 phương trình sau:
(COHNS) + VK yếm khí → CH4+CO2+H2+NH3+H2S+các chất khác+năng lượng
(COHNS) + VK yếm khí + năng lượng → (C5H7O2N) (tế bào vi khuẩn mới)
Quá trình phân hủy yếm khí thường trải qua 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn thủy phân
Giai đoạn tạo acid
Giai đoạn tạo methane
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 7
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Chất hữu cơ
Vi khuẩn
Protein
Amino Acid
Amon
Carbohydrate
Chất béo
Đường đơn
Acid béo
bay hơi
Giai đoạn 1
CO2
CH4
H2
Acid béo
Thủy phân & lên men
Acetate
CO2
Tạo acid
Giai đoạn 2
Tạo methane
Giai đoạn 3
Hình 2.1 Ba giai đoạn của quá trình yếm khí
(Lê Thơ
Hoàng@
Việt,
2005,[1])
Trung tâm Học liệu ĐH Cần
Tài
liệu học tập và nghiên cứu
Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân
Đây là giai đoạn phân giải các chất hữu cơ phức tạp thành chất đơn giản. Trong
giai đoạn này một số chất hữu cơ cao phân tử như carbohydrate, chất béo, protein bị
phân hủy bởi các vi sinh vật (VSV) trở thành các chất hữu cơ đơn giản, có phân tử
lượng nhỏ hòa tan được trong nước, làm nguyên liệu cho các vi sinh vật ở giai đoạn 2.
Trong giai đoạn này, carbohydrat bị phân hủy tạo thành các đường đơn; chất béo
tạo thành các acid béo chuỗi dài; protein thành các amino acid. Còn các hợp chất như
cellulose, lignin trong giai đoạn này khó bị phân hủy, đây là một yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình phân hủy yếm khí.
Giai đoạn 2: Giai đoạn tạo acid
Trong giai đoạn này, các vi khuẩn sinh acid sẽ biến đổi các chất hòa tan thành
các acid hữu cơ như: butyric, propionic, rượu, CO2 và H2, bởi vi khuẩn Acetogenic.
Đồng thời, cũng tạo ra các khí như H2S, mercaptan... gây mùi hôi thối. Tỉ lệ các sản
phẩm này phụ thuộc nhiều vào các yếu tố như: điều kiện môi trường, thành phần
nguyên liệu, hệ VSV trong mẻ ủ...
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 8
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Giai đoạn 3: Tạo khí methane
Ở giai đoạn này methane được sinh ra nhiều. Việc tạo thành khí methane là do
các vi khuẩn sinh methane đảm nhiệm, chúng chỉ có khả năng sử dụng hợp chất có
một hay hai carbon.
Các vi khuẩn methane sử dụng axit acetic, methanol, CO2 và H2 để tạo methane.
Trong đó, acid acetic là nguyên liệu chính, với khoảng 70% methane được sinh ra từ
đó. Lượng methane còn lại được sản sinh ra từ CO2, H2, một ít từ acid formic.
Trong quá trình phân hủy, vi khuẩn methane và vi khuẩn Acetogenic cộng sinh
với nhau. Vi khuẩn Acetogenic tạo điều kiện lý tưởng cho vi khuẩn methane hoạt động
như: tạo điều kiện yếm khí, hợp chất hữu cơ đơn giản. Vi khuẩn methane tiêu thụ acid,
nếu không có vi khuẩn methane acid sẽ bị tích tụ lại và gây độc cho vi khuẩn sinh acid.
2.2.3 Đặc điểm vi sinh vật tham gia vào quá trình yếm khí
2.2.3.1 Sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình ủ yếm khí
Trong quá trình phân hủy yếm khí, sự phát triển của VSV trải qua 2 giai đoạn.
Giai đoạn 1:
Đây là giai đoạn phát triển của hỗn hợp VSV hiếu khí, yếm khí và yếm khí
không bắt buộc. Sở dĩ, trong mẻ ủ yếm khí có sự phát triển của VSV hiếu khí là do
trong mẻ ủ vẫn còn tồn tại một lượng oxy nhất định, các VSV hiếu khí sử dụng lượng
oxy tâm
này đểHọc
sinh trưởng
và phát
triển.
Khi@
lượng
hếthọc
dần thì
số và
lượng
VSV hiếu
khí
Trung
liệu ĐH
Cần
Thơ
Tàioxy
liệu
tập
nghiên
cứu
giảm dần cho đến hết và nhường chỗ cho VSV yếm khí và yếm khí không bắt buột
phát triển.
Giai đoạn 2:
Giai đoạn này chỉ có sự phát triển của VSV yếm khí và yếm khí không bắt buộc.
Ở giai đoạn này, diễn ra sự phát triển rất mạnh của các loài vi khuẩn thủy phân các
chất hữu cơ và vi khuẩn tạo axit, giữa giai đoạn này có sự phát triển rất mạnh của các
loài vi khuẩn sinh methane, đây là loại đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên
men methane.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 9
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Tổng số
VSV/ml
106
104
Vùng phát
triển hỗn
hợp VSV
Vùng phát
triển vi khuẩn
tạo methane
Vùng phát
triển vi
khuẩn thủy
phân và tạo
acid
2
10
15
Thời gian (ngày)
Hình 2.2: Sự phát triển của nhóm VSV trong quá trình lên men methane
( Nguyễn Đức Lượng, Lê Thị Thùy Dương, 2003, [5])
2.2.3.2 Đặc điểm của vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy yếm khí
Quá trình phân hủy sinh học yếm khí gồm một chuỗi quá trình vi sinh học, nhằm
chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành khí methane và các khí khác trong điều kiện
không có oxy, nhờ sự sinh trưởng và phát triển của các VSV yếm khí sống trong đó.
Trong
quá liệu
trình ĐH
phân Cần
hủy yếm
khí,@
luôn
số loài
động, những
Trung tâm
Học
Thơ
Tàimột
liệu
họcsinh
tậpvậtvàhoạt
nghiên
cứu
loài này được chia thành hai nhóm như sau:
Nhóm vi khuẩn biến dưỡng
Những vi khuẩn này đều có enzym cellulaze và nằm rải rác trong các họ khác
nhau: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosporus......Sản phẩm
phân giải của các nhóm này trong điều kiện yếm khí thường là các hợp chất trung gian
của sự phân hủy chất xơ, chất đạm, chất béo và một ít CO2, H2, NH3. Nhóm vi khuẩn
này tạo môi trường dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh khí methane hoạt động.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 10
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.4 : Một số vi khuẩn tham gia vào quá trình phân giải chất hữu cơ
trong quá trình lên men yếm khí
STT
Cơ chất
Vi sinh vật tham gia phân giải chất hữu cơ
Sản phẩm
phân giải
1
Tinh bột
Bacillus cereus, Comdidus, Micrococcus,
M.varian, M.urea, Pseudomonas sp
Các loại đường
Cellulose
Alcaligenes fecallis, B.ureus,
B.megatherium, Leptespira biflexa,
Pseudomonas aeruginora, P.Riboflavina,
P.Reptilozova, Proteusvulgaris
Các loại đường
3
Protein
Bacillus cereus, B.curilans, B. sphaericus,
B. subtilis ,Clostridium sp, M. varian, E.
coli, Pseudomonas
Các peptit ngắn
và các acid
amin, NH3,
CO2, H2O
4
Lipit
2
Alcaligenes sp, Bacillus sp, Pseudomonas sp,
Các acid hữu cơ
Streptomyces sp
(Nguyễn Đức Lượng, Lê Thị Thùy Dương, 2003,[5])
Nhóm vi khuẩn sinh khí methane
Nhóm vi khuẩn này hoạt động rất chuyên biệt sử dụng nhiều cơ chất khác nhau
Trung
tâmmethane.
Học liệu
@nhóm
Tài liệu
họcnày
tậplà và
cứu
để sinh
Sản ĐH
phẩmCần
phân Thơ
giải của
vi khuẩn
khí nghiên
methane (CH
4),
CO2, H2O....
Methanococcus
Methanothermus
Methanosarcina
Methanospirillum
Methanosaeta
Hình 2.3: Hình dạng một số loại vi khuẩn sinh methane
(Nguyễn Lân Dũng, 2006,[11])
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 11
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Vi khuẩn sinh methane được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau,
điển hình nhất là trong các công nghệ xử lý chất thải giàu hữu cơ. Chúng sẽ chuyển
hóa các chất hữu cơ thành methane và CO2. Do khả năng sử dụng cơ chất hạn hẹp, nên
vi khuẩn sinh methane ít được đưa vào các qui trình xử lý ở dạng chủng đơn, mà
thường ở dạng hỗn hợp với các loài dị dưỡng, có khả năng chuyển hóa chất hữu cơ
trong chất thải thành nguồn cơ chất thích hợp cho chúng. Các loài vi sinh vật được sử
dụng đồng thời với vi khuẩn sinh mathane trong các quá trình xử lý chất thải hữu cơ,
thường là các loài có khả năng lên men đường, protein như Lactobacillus,
Eubacterium, Clostridium, Klebsiella, hay Leuconostoc...
Bảng 2.5 : Một số vi khuẩn lên men methane trong quá trình lên men
yếm khí
Vi khuẩn
Methanothermus
Methanococcus
Đặc điểm
Thuộc họ Methanothermaceae
Hình que, ưa nhiệt
Thuộc họ Methanococcaceae
Tế bào hình cầu không đều, đường kính
1–2 µm
Không có khả năng sử dụng acetate,
các hợp chất có nhóm methyl hay rượu.
Cơ chất sinh
methane
H2+CO2
H2 + CO2
HCOOH
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Methanosarcina
Methanosaeta
Thuộc họ Methanosarcinaceae
Tế bào hình cầu không đều, thường
không chuyển động
Không có khả năng sử dụng HCOOH
Thuộc họ Methanosarcinaceae
Trực khuẩn có vỏ bọc bên ngoài,
Methanobacterium
Tế bào hình que, thường bị ức chế ở
nồng độ muối từ 0,2 M trở lên
Methanospirillum
Thuộc họ Methanomicrobiaceae
Hình xoắn, dễ dàng được phân biệt bởi
hình dạng tế bào đặc biệt
Có khả năng cố định CO2
Acetat có tác dụng kích thích sinh
trưởng của loại vi khuẩn này
acetate,
methanol,
H2 + CO2
Acetate
methanol
H2 + CO2
HCOOH
rượu bậc hai như:
2-propanol, 2butanol
H2+CO2
HCOOH
(Nguyễn Lân Dũng, 2006, [11])
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 12
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.2.4 Ưu và nhược điểm của phương pháp lên men yếm khí
2.2.4.1 Ưu điểm
Quá trình phân hủy yếm khí tạo ra khí sinh học mà quan trọng nhất là khí
methane, có thể xem đây là một hình thức sản xuất sạch hơn vì:
CH4 có nhiệt trị cao (gần 9000kcal/m3) có thể tận dụng để chạy máy
phát điện hay đốt lò hơi.
CH4 là khí gây hiệu ứng nhà kính, vì vậy thu hồi lại được khí này sẽ
góp phần giải quyết được vấn đề môi trường.
Do quá trình xử lý là yếm khí nên ít phát sinh mùi hôi và ruồi nhặng,
hạn chế vấn đề ô nhiễm không khí.
Ổn định được chất thải, chất thải sau khi ủ có thể tận dụng làm nguồn
phân bón, làm tăng giá trị dinh dưỡng cho cây trồng. Bởi vì, sau khi ủ
các chất hữu cơ phức tạp chuyển thành các dạng vô cơ hòa tan giúp cây
trồng dễ dàng hấp thu.
Tiêu diệt một phần vi sinh vật gây bệnh. Trong suốt quá trình phân hủy
yếm khí, các chất thải được giữ trong điều kiện không có oxy và nhiệt
độ tương đối cao, đã góp phần vô hiệu hóa các vi sinh vật gây bệnh.
2.2.4.1 Nhược điểm
Quá trình phân hủy xảy ra chậm nên thời gian ủ kéo dài
Có khả năng cháy nổ
Trung tâm Học
liệuvới
ĐH
Cần
Nhạy
chất
độc Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
2.2.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí
2.2.5.1 Mức độ kỵ khí
Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong đó
các vi khuẩn sinh methane là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi
khuẩn kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn này,
vì vậy phải đảm bảo điều kiện kỵ khí tuyệt đối của môi trường lên men. Đây là yếu tố
quan trọng đầu tiên cho quá trình lên men yếm khí.
2.2.5.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ là yếu tố chính ảnh hưởng đến họat động của các VSV. Có 3 nhóm
VSV hoạt động ở 3 khoảng nhiệt độ khác nhau:
Nhóm ưa lạnh: khoảng 100C
Nhóm ưa ấm: 32 – 500C
Nhóm ưa nhiệt: 50 – 700C
(Sổ tay hệ thống hỗ trợ ra quyết định DSS cho việc áp dụng năng lượng tái tạo từ
việc đốt sinh khối và biogas, 2005,[9])
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 13
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Trong điều kiện tự nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất đối với các vi khuẩn sinh
methane là 30 – 400C. Nhiệt độ thấp và thay đổi đột ngột đều làm cho quá trình sinh
khí methane kém đi. Nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và từ 65oC trở
lên thì tốc độ sinh khí bị kìm hãm hoàn toàn (Lê Hoàng Việt, 2005, [1]).
Hình 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sản lượng khí methane
(Nông thôn Việt Nam, 2007,[19])
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
2.2.5.3 Ẩm độ
Ẩm độ là một yếu tố quan trọng, tác động đến quá trình ủ yếm khí vì nó ảnh
hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật, từ đó nó sẽ quyết định đến chất lượng và thời
gian ủ. Bởi vì, nước rất cần để hòa tan chất dinh dưỡng và chiếm tỷ lệ cao trong
nguyên sinh chất của vi sinh vật
Ẩm độ < 20% sẽ cản trở quá trình phân hủy sinh học (Lê Hoàng Việt, 2005,[1]).
2.2.5.4 Tỷ lệ Cacbon và nitơ (C/N)
Tỷ lệ giữa lượng cacbon và nitơ (C/N) trong thành phần nguyên liệu là một chỉ
tiêu để đánh giá khả năng phân hủy của nguyên liệu. Tỷ lệ C/N thích hợp để ủ phân là
20/1 – 40/1. Thông thường, vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ khoảng 25
- 30 lần. Vì vậy, tỷ lệ C/N tối ưu của nguyên liệu cho quá trình phân hủy là 25/1 - 30/1
(Lê Hoàng Việt, 2005,[1]).
Khi tỷ lệ này quá cao thì quá trình phân hủy xảy ra chậm. Ngược lại, tỷ lệ này
quá thấp thì quá trình phân hủy ngừng trệ vì tích lũy nhiều amoniac (NH3), là một độc
tố đối với vi khuẩn kỵ khí ở nồng độ cao.
Theo Lê Hoàng Việt (2005), thường phân lợn có tỷ lệ C/N thích hợp; phân người
và gia cầm có tỷ lệ C/N thấp. Các nguyên liệu từ thực vật có tỷ lệ này cao, nguyên liệu
càng già thì tỷ lệ C/N càng lớn. Để đảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp, ta nên dùng hỗn hợp
nhiều nguyên liệu.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 14
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.2.5.5 Độ pH
Hầu hết các vi khuẩn tạo methane hoạt động trong phạm vi pH từ 6.7-7.4, nhưng
tối ưu là 7.0- 7.2. Sự sinh khí methane hầu như không xảy ra khi pH < 5.6 (Lê Hoàng
Việt, 2005,[1]).
Vi khuẩn tạo acid tạo ra những acid hữu cơ có khuynh hướng làm giảm độ pH
trong mẻ ủ. Dưới điều kiện bình thường sự giảm pH này sẽ được giảm đi do chất đệm
(bicarbonate) tạo ra bởi nhóm vi khuẩn tạo methane. Trong những điều kiện môi
trường khắc nghiệt, khả năng tạo chất đệm có thể không xảy ra và cuối cùng làm
ngưng việc tạo ra methane. Do đó, cần phải điều chỉnh pH trong mẻ ủ không được
xuống quá thấp.
2.2.5.6 Các độc tố
Hoạt động của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số các độc tố. Khi hàm lượng
của các loại này có trong dịch phân hủy vượt quá một giới hạn nhất định, sẽ giết chết
các vi khuẩn. Vì thế, không cho phép các chất này có trong dịch phân hủy quá nhiều.
Do đó, cần tránh không nên để các loại thuốc hóa học như: thuốc trừ sâu, diệt cỏ,
thuốc sát trùng, các chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn… có
trong mẻ ủ.
2.2.5.7 Xử lý nguyên liệu
Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứng rất khó bị phân hủy. Đặc biệt, nguyên
Trung
liệu
ĐH
Cần
@quá
Tàitrình
liệuphân
họchủy
tập
vàthuận
nghiên
cứu
liệu tâm
càng Học
già càng
khó
phân
hủy.Thơ
Để cho
được
lợi, những
nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước như: chặt, băm, đập nhỏ… nhằm phá vỡ lớp
vỏ cứng và tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tấn công.
2.3 KHÍ SINH HỌC VÀ BÃ THẢI SINH HỌC
2.3.1.Khí sinh học - biogas
2.3.1.1 Đặc tính của khí sinh học
Khí sinh học là hỗn hợp khí được tạo ra trong quá trình phân hủy các chất hữu
cơ, bởi các vi sinh vật trong điều kiện yếm khí. Thành phần của khí sinh học chủ yếu
là methane (CH4), một chất khí có giá trị năng lượng cao, ngoài ra còn có một ít các
chất khí khác như: CO2, H2S, N2, hơi nước…
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 15
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.6 Tỷ lệ trung bình các chất khí trong khí sinh học
Thành phần
CH4
CO2
H2S
Hơi nước
N2
O2
H2
Nồng độ (% thể tích)
50-70
25-45
20-20,000 ppm
2-7 (ở 20-40oC)
<2%
<2%
<1%
(Sổ tay hệ thống hỗ trợ ra quyết định DSS cho việc áp dụng năng lượng tái tạo từ
việc đốt sinh khối và biogas, 2005,[9])
Với thành phần như trên, khí sinh học hoàn toàn cháy được và khi cháy sẽ cho
ngọn lửa màu xanh, không sinh khói. Trong tự nhiên, quy trình sinh học tạo nên khí
sinh học thường diễn ra ở những nơi ẩm, có nhiều chất hữu cơ và không có oxy (O2)
như ở hệ thống tiêu hóa của bò, nơi ủ phân ẩm, bãi chôn lấp rác…
2.3.1.2 Lợi ích của khí sinh học
Ngày nay, khí sinh học được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt và sản xuất, trong
một số ngành công nghiệp nhẹ, đặc biệt là công nghiệp chế biến nông sản như bảo
quản hoa quả, ngủ cốc…
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Ngoài ra, khí sinh học còn có thể dùng đốt trực tiếp để nấu ăn và thắp sáng, hoặc
gián tiếp làm nhiên liệu cho các động cơ để tạo ra nguồn điện hoặc động lực chạy máy.
Dựa trên cơ sở nhiệt trị của biogas (4,500-6,300Kcal/m3), Hesse (1982), ước tính
1m3 Biogas đủ để:
Chạy một động cơ ngựa trong 2 giờ
Cung cấp năng lượng để nấu ăn ngày 3 buổi cho gia đình 5 người
Chạy một tủ lạnh 1m3 trong 1 giờ
Thắp sáng trong vòng 6 giờ (độ sáng tương đương đèn 60 Kw)
Hay nói cách khác, có thể nói rằng 1m3 Biogas tương đương 0.4kg dầu dissel;
0.6kg dầu hỏa, 0.8kg than (Lê Hoàng Việt, 2005, [1]).
Tuy nhiên, lượng năng lượng tạo ra của khí sinh học lại phụ thuộc trực tiếp vào
hàm lượng CH4 có trong hỗn hợp. Trong khi đó, thành phần và sản lượng của khí sinh
học lại phụ thuộc vào nguyên liệu hữu cơ nạp vào. Trong điều kiện bình thường, 1kg
vật chất khô của nguyên liệu nạp có khoảng 0.2 -1.1m3 Biogas được sinh ra, hàm
lượng CH4 khoảng 57% - 69% (Lê Hoàng Việt, 2005,[1]).
Song, đối với mỗi loại nguyên liệu khác nhau thì sản lượng khí sinh học và thành
phần methane trong hỗn hợp sẽ thay đổi.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 16
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.7 Sản lượng khí sinh học sinh ra từ một số nguyên liệu
Nguyên liệu
Sản lượng Biogas tính theo
Thành phần
nguyên liệu khô, điều kiện ủ
CH4
từ 30-350C (lít/kg)
Chất thải của xí nghiệp chế biến
rượu, bia, hoa quả
975
75
Rác thải sinh hoạt
608
62
Lục bình
Phân heo
Phân trâu bò
300
84
257
80
81
70
Phân chuồng lẫn rơm rạ
300
75
(Ngô Kế Sương- Nguyễn Lân Dũng, 1997, [7])
2.3.1.3 Xử lý khí sinh học trước khi sử dụng
Do trong hỗn hợp khí sinh học, ngoài khí methane còn có chứa các khí tạp khác
như: CO2, H2S, hơi nước và một ít khí N2, O2, H2... Các tạp khí này ở tỷ lệ cao có thể
gây nên các sự cố không lường trước được, nhất là khi sử dụng hỗn hợp khí này chạy
động cơ dissel. Chẳng hạn như:
Trung tâm Học
liệu
ĐH
Cầntụ Thơ
Tài
Hơi
nước
ngưng
làm tắc@
ống
dẫnliệu
khí học tập và nghiên cứu
Khí CO2 nhiều ảnh hưởng đến quá trình đốt cháy hay sự đốt trong của
động cơ
Khí H2S gặp nước biến thành axit gây ăn mòn các thiết bị…
Vì vậy, chúng ta cần phải xử lý các tạp khí này trước khi sử dụng, để đảm bảo
tính an toàn và hiệu quả của khí sinh học.
Loại bỏ hơi nước ngưng tụ
Khi khí sinh học thoát khỏi buồng thu khí và tiếp xúc với bề mặt của ống dẫn,
hơi nước rất dễ bị ngưng tụ làm tắc nghẽn đường ống. Để tránh hiện trạng trên, ta cần
lắp thêm một hệ thống thoát nước, bằng cách nối ống dẫn khí với một ống nối 3 cửa
như sau:
Một cửa nối với ống dẫn khí từ buồng thu khí
Một cửa nối với ống dẫn khí đến nơi sử dụng
Một cửa nối với một ống thủy tinh hình chữ U nhúng trong nước
Hơi nước sẽ ngưng tụ theo ống chữ U ra ngoài và do đó sẽ không ảnh hưởng gì
đến đường ống (Ngô Kế Sương- Nguyễn Lân Dũng, 1997,[7]).
Loại bỏ khí CO2
Khí sinh học có nhiệt lượng càng cao khi lượng chứa methane càng lớn và lượng
chứa CO2 càng nhỏ. Vì vậy, để nâng cao giá trị của khí sinh học ta cần loại bỏ khí
CO2 ra khỏi hỗn hợp khí này, thường người ta sử dụng hai cách sau:
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 17
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Một là, sục khí sinh học qua nước, vì CO2 có thể hòa tan trong nước.
Đây là phương pháp đơn giản và kinh tế nhất để loại bỏ khí CO2.
Hai là, sử dụng những dung dịch kiềm như: NaOH, Ca(OH)2, KOH để
loại CO2, vì CO2 bị hấp thụ bởi những dung dịch kiềm mạnh này. Các
phương trình phản ứng xảy ra như sau:
2NaOH + CO2 → Na2CO3 +H2O
Na2CO3 +CO2 + H2O → 2NaHCO3
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
Ca(OH)2 +CO2 → CaCO3 + H2O
Thông thường, 1kg vôi nung hòa tan trong 1m3 nước đủ để loại 300 lít CO2 (Lê
Hoàng Việt, 2005,[1] ).
Loại bỏ khí H2S
Khi gặp nước khí H2S có thể dễ dàng biến thành acid sunfuric (H2SO4) và acid
sunfurơ (H2SO3). Hai axit này ăn mòn kim loại, do đó dễ ăn mòn các thiết bị và máy
móc. Để loại bỏ khí H2S, ta thường dùng hai cách:
Một là, sử dụng Na2CO3 với phương trình phản ứng
H2S + Na2CO → NaHS +NaHCO3
Hai là, cho khí sinh học đi qua mạt sắt trộn lẫn dăm bào, phản ứng loại
H2S như sau:
Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O
Trung tâm
Học
@sinh
Tàibằng
liệucách
họcđem
tậpFevà
nghiên cứu
Sau khi
sử liệu
dụng,ĐH
oxit Cần
sắt sẽ Thơ
được tái
2S3 phơi nắng, phản
ứng xảy ra như sau:
2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3 + 3S
2.3.1.4 Ứng dụng của khí sinh học từ rác vào thực tế
Sản xuất điện từ rác
Nhà máy chế biến rác thành điện năng đầu tiên ở Việt Nam đã được xây dựng tại
khu bãi rác Gò Cát, quận Tân Bình, Thành phố Hồ Chí Minh.
Thời gian hoạt động: từ tháng 7/2005
Vốn đầu tư: 260 tỷ đồng (trong đó vốn viện trợ của chính phủ Hà Lan là 65%)
Công suất: 750KW/1 tổ (nhà máy có 3 tổ phát điện, 2 tổ còn lại sẽ hoạt động
trong thời gian tới)
Lượng khí gas sản sinh: khoảng 420–450 m3/giờ đủ để chạy cho một tổ điện (vì
lượng gas cần để chạy một tổ máy khoảng 375 m3 gas/giờ)
Doanh thu: từ khi hoạt động đến nay nhà máy đã cung cấp 6,444,000 kWh điện,
tạo nguồn thu khoảng 4.2 tỷ đồng.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 18
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Quy trình công nghệ:
Đáy bãi rác có lót vật liệu chống thấm HDPE dày 2mm, với độ bền hơn 50 năm.
Rác được đầm nén, giữa các lớp rác được ngăn cách bằng các lớp đất dày khoảng
0,15 m. Trong bãi rác, có bố trí hệ thống thu nước rỉ rác và hệ thống thu khí gas.
Khi hố rác đã cao khoảng 2-3 mét, các ô được phủ kín bằng tấm chống thấm
HDPE, được hàn nối với các tấm lót đáy, phía trên bãi rác sẽ được đổ đất để trồng cỏ
hoặc cây xanh. Rác được ủ trong các ô bao kín này trong quá trình lên men phân hủy
sẽ sinh ra khí gas.
Khí gas sinh ra từ quá trình phân hủy được thu gom bằng hệ thống các giếng thu
đứng và dẫn về trạm thu. Sau đó, gas thu được sẽ được chuyển qua công đoạn tách
nước, vì gas sinh ra từ rác thải có lượng hơi nước khá lớn.
Gas sạch sau khi thu được sẽ được dẫn đến máy chiết xuất và máy thổi khí nén
trước khi được bơm vào hệ thống động cơ nổ để chạy máy phát điện. Điện sinh ra
được đưa qua máy biến thế để tăng áp và hòa vào lưới điện quốc gia.
Theo Ban quản lý bãi rác, mặc dù bãi rác đã ngừng tiếp nhận do bãi đã được sử
dụng hết công suất. Tuy nhiên, bộ phận thu gas tạo ra điện vẫn hoạt động bình thường
trong khoảng 10 năm nữa. Dự kiến khi rác phân hủy hoàn toàn sẽ được dùng để chế
biến phân bón ( Thời báo Kinh tế Việt Nam, 2007, [16]).
Sử dụng năng lượng từ rác làm nhiên liệu
Tại Thuỵ Điển đã có 1 con tàu sử dung khí sinh học được tạo ra bằng cách trộn
Trung
Họcliệu
liệu
ĐH
Thơ
Tài
học tập
nướctâm
với phế
thực
vật Cần
và chất
thải @
động
vậtliệu
làm nhiên
liệu. và
Đó nghiên
là con tàucứu
đi từ
thành phố Linkoeping - phía Nam Stockholm - tới thành phố biển miền Đông
Vaestervik tại Thuỵ Điển, vào lúc 19 giờ 42 phút (giờ Hà Nội ngày 24/10).
Đến nay, Thuỵ Điển đã đưa vào sử dụng 779 xe buýt chạy bằng khí sinh học và
hàng nghìn xe hơi chạy bằng hỗn hợp xăng-khí sinh học hoặc xăng-khí tự nhiên.
(Website Vietnamnet, 2007)
2.3.2. Bã thải khí sinh học
Bã thải là sản phẩm thứ hai của quá trình sản xuất khí sinh học, việc khai thác
và sử dụng nó hợp lý, đúng cách sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao. Vì vậy, chúng ta cần
phải hết sức quan tâm và nghiên cứu vấn đề này một cách toàn diện, hiệu quả hơn là
điều hợp lý.
2.3.2.1 Thành phần của bã thải
Thành phần của bã thải phụ thuộc nhiều vào chất lượng nguyên liệu ban đầu. Khi
nguyên liệu được xử lý tốt thì bã thải sẽ không có gạch vụn, đá, cát sỏi, thủy tinh, kim
loại và các chất gây hại…
Bã thải sinh học được xem là một loại phân hữu cơ, với thành phần N,P,K trong
bã thải như bảng 2.8
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 19
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Bảng 2.8 Lượng N,P,K trong bã thải khí sinh học
Thành phần
N
P2O5
K2O
%
1.6- 1.8
1.1- 2
0.8 – 1.2
(Ngô Kế Sương- Nguyễn Lân Dũng, 1997, [7])
Ngoài các nguyên tố dinh dưỡng NPK trên, bã thải khí sinh học còn chứa rất
giàu acid humic, xenlulose, hemixenlulose và lignin. Đặc biệt, trong bã thải chứa rất ít
các vi sinh vật gây bệnh, do trong quá trình phân hủy kỵ khí không có oxy, lại sản sinh
ra nhiệt trong thời gian dài, nên chúng đã bị tiêu diệt nhiều (Nguyễn Quang Khải,
2002, [6]).
2.3.2.2 Lợi ích của bã thải khí sinh học
Trước hết, do bã thải khí sinh học chứa nhiều chất hữu cơ và nguyên liệu cần
thiết cho cây. Đặc biệt, là lượng đạm trong bã thải đã được chuyển hóa thành dạng cây
trồng dễ hấp thu (chủ yếu là ở dạng NH4+). Vì vậy, có thể sử dụng bã thải làm phân
bón cho cây trồng vừa làm tăng năng suất cây trồng, lại cải tạo được đất, giúp đất tơi
xốp và màu mỡ hơn (Nguyễn Quang Khải, 2002,[7]).
Ngoài ra, bã thải sinh học còn có tác dụng hạn chế sâu bệnh, cỏ dại. Đó là do
Trung
Học
liệu một
ĐHsốCần
Thơtính
@vềTài
học
tập vàacid
nghiên
trongtâm
bã thải
có chứa
chất hoạt
sinhliệu
lý như:
gliberelin,
acetate,cứu
chất
hoạt hóa tế bào, hoocmon tăng trưởng… Chúng giữ vai trò quan trọng trong việc
chống lại sâu bọ hại cây trồng. Vì vậy, khi sử dụng bã thải sinh học sẽ giúp chúng ta
tiết kiệm được chi phí thuốc trừ sâu và diệt cỏ, đồng thời góp phần hạn chế ô nhiễm
môi trường (Nguyễn Quang Khải, 2002,[6]).
Theo kết quả nghiên cứu của trường Đại Học Nông Nghiệp tỉnh Quảng Ngãi,
Trung Quốc, bã thải sinh học có tác dụng kìm hãm sự phát triển của loại rệp xanh hại
rau, lúa mì, cây bông và bệnh đốm vằn ở lúa…(Nguyễn Quang Khải, 2002,[6]).
Ngoài ra, bã thải sinh học còn được dùng để nuôi tảo làm thức ăn cho cá hoặc
dùng trực tiếp cũng được và nuôi giun đạt hiệu quả cao. Ở Inđônêxia đã sử dụng mùn
lỏng để nuôi tảo Chloreella spp và sau đó nuôi cá rô phi bằng sinh khối của tảo. Sản
lượng thu được từ 2.5 – 3 tấn/ha/năm so với đối chứng là 1 tấn/ha/năm. (Nguyễn
Quang Khải, 2002, [6]).
2.3.2.3 Xử lý bã thải trước khi sử dụng
Bã thải sinh học là một hỗn hợp giữa phân và nước đã hoai, do đó khi vận
chuyển và bảo quản sẽ gặp ít nhiều khó khăn. Vì vậy, khi sử dụng sản phẩm này cần
phải quan tâm đến công tác tích trữ và bảo quản. Hiện nay, người ta thường có xu
hướng loại bỏ nước ra khỏi bã thải bằng phương pháp hấp thụ và phơi khô. Muốn vậy,
ta trộn sản phẩm này với lá khô, mạt cưa hoặc rơm rạ... sau đó trải mỏng và phơi khô.
Sản phẩm khô thu được có thể trộn với mùn lần thứ hai.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 20
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Tuy nhiên, với cách ủ ở độ ẩm khoảng 60%, thì quá trình này sẽ đơn giản và ít
tốn thời gian hơn, do lượng nước tạo ra thấp hơn nhiều so với cách ủ thông thường ở
độ ẩm 90%.
2.3.2.4 Ứng dụng bã thải sinh học từ rác vào thực tế
Theo kết quả ghi nhận của Hội Nông Dân xã Nghi Kim, huyện Nghi Lộc, tỉnh
Nghệ An sau khi sử dụng thử nghiệm mùn hữu cơ của nhà máy xử lý rác Đông Vinh
trên lạc, ngô, rau và cây ăn quả, kết quả là các cây đều xanh, tốt, và ít sâu bệnh. Bón
mùn hữu cơ tốt hơn phân chuồng và không cần thêm đạm và kali. Đặc biệt, chất lượng
nông sản cho thấy cây lạc xanh, củ nhiều và chắc hơn. Tỷ lệ thu hoạch giữa cây không
bón mùn hữu cơ và bón mùn hữu cơ được ghi nhận qua bảng 2.9
Bảng 2.9 Tỷ lệ thu hoạch giữa cây không bón mùn hữu cơ và
bón mùn hữu cơ
Loại cây
Cây lạc
Cây ngô
Rau cải
Năng suất (Tấn/ ha)
Cây không bón
Cây bón
mùn hữu cơ
mùn hữu cơ
2
2.4
4
4.8
16
22
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
(Nông thôn Việt Nam, 2007,[19])
2.4 GIỚI THIỆU VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
2.4.1Chế phẩm E.M
Chế phẩm sinh học E.M là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Anh Effective
Microorganisms, có nghĩa là vi sinh vật hữu hiệu do Giáo sư tiến sĩ Teruo Higa người
Nhật phát minh vào năm 1980.
Vi sinh vật hữu hiệu gồm có các nhóm cơ bản:
Nhóm vi khuẩn quang hợp (Rodopseudomonas)
Nhóm vi khuẩn Lactobacillus
Nhóm nấm men (Saccharomyces)
Nhóm nấm sợi (Aspergillus và Penicillium)
Vai trò của nhóm vi sinh vật hữu hiệu được thể hiện rõ nhất ở “khả năng tiêu
thụ” các chất hữu cơ có trong môi trường.
Hiện nay, chế phẩm sinh học E.M được ứng dụng rộng rãi ở các tỉnh Đồng bằng
Sông Cửu Long. Chế phẩm này rất hữu ích, có các tác dụng sau:
Cải tạo môi trường nước (làm trong sạch, khử mùi hôi của nước)
Tăng sức đề kháng cho vật nuôi và cây trồng
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 21
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Góp phần cải thiện môi trường: khử mùi hôi chuồng trại, rác thải sinh
hoạt,...
Do nhóm vi sinh vật hữu hiệu E.M sống cộng sinh trong cùng một môi trường,
tạo ra một môi trường sinh thái đồng nhất, sản sinh ra nhiều sản phẩm khác nhau, hỗ
trợ lẫn nhau cùng sinh trưởng và phát triển, nên hiệu quả hoạt động tổng hợp của chế
phẩm E.M tăng lên rất nhiều.
Hiện nay, chế phẩm EM được cải tiến thành 2 loại: VEM và GEM. Trong quá
trình thí nghiệm, chúng tôi đã sử dụng chế phẩm VEM.
VEM là chế phẩm EM được cải tiến bằng cách thêm vào một số loài vi khuẩn
Bacillus spp đã được chọn lọc và Rhodobacter spp (vi khuẩn quang dưỡng).
Thành phần VSV trong VEM:
VK lactic ≥ 109 tế bào / mL (CFU/mL)
VK bacillus ≥ 1010 tế bào / mL (CFU/mL)
VK quang dưỡng ≥ 107 tế bào / mL (CFU/mL)
Nấm men ≥ 107 tế bào / mL (CFU/mL)
(Website Sinh học Việt Nam, 2007,[18]
2.4.2 Chế phẩm Bi Chem Freshen Plus
Chế phẩm Bi Chem Freshen Plus do công ty Novozymes Biologicals, Mỹ sản
xuất.
Trung tâm
HọcFreshen
liệu ĐH
Thơ
Tài
liệu
và nghiên
cứu
Bi Chem
PlusCần
là một
chế @
phẩm
sinh
họchọc
đượctập
sử dụng
để khử mùi
hôi
tại bãi rác, nơi vệ sinh công cộng, các vật dụng như: thảm, màn...
Lý do chúng tôi chọn chế phẩm này trong thí nghiệm vì đây là chế phẩm đang
được sử dụng tại bãi rác Tân Long, nên chúng tôi muốn tìm hiểu nó có ảnh hưởng đến
khả năng sinh khí (đặc biệt là khí CH4) của rác hay không?
Một số tính chất của chế phẩm Bi Chem Freshen Plus:
Nồng độ vi sinh vật: 5.4×107 bào tử/mL
Loại vi sinh vật: Hỗn hợp của những bào tử Bacillus
pH: 7.5 – 8.5
Có mùi hương nhẹ
Chất lỏng có màu vàng hơi đục
2.4.3 Men tạo từ nấm Aspergillus niger
Đây là loại men đã được sử dụng trong các hầm ủ biogas với chất nền là phân
gia súc, nhằm thúc đẩy quá trình phân hủy. Vì vậy, chúng tôi muốn khảo sát hiệu quả
của loại men này đối với chất nền là rác thải sinh hoạt như thế nào?
Đặc điểm nấm Aspergillus niger:
Aspergillus niger thuộc họ nấm mốc (Aspergillus), thường gặp ở các
quả hỏng, thối và những nơi ẩm ướt không đảm bảo vệ sinh.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 22
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Đây là loại nấm được sử dụng rộng rãi trong công nghệ sinh học như:
sản xuất phụ gia thực phẩm, các enzyme dùng trong công nghiệp và
dược phẩm. Ngoài ra, Aspergillus niger còn được sử dụng để sản xuất
protein ngoại lai và acid citric, acid gluconic cũng như có tiềm năng
ứng dụng trong phân hủy sinh học.
Tùy theo loại chất nền ủ, mà nấm tiết ra các enzym khác nhau để phân
giải các chất nền tạo nguồn dinh dưỡng phát triển.
2.4.4 Trùn quế
2.4.4.1 Giới thiệu chung
Trùn quế (hay Trùn đỏ) có tên khoa học là Perioyx excavatus, chi Pheretima, họ
Megascocidae (họ cự dẫn), ngành ruột khoang, là một trong những loại trùn được nuôi
nhiều trên thế giới. Nó có nhiều ở Châu Á và được nuôi nhiều ở Ấn Độ, Philippine,
Úc….Ở Việt Nam, hiện nay Trùn quế cũng đang dần dần được phổ biến tại các nông
hộ.
Trùn quế thường sống ở mặt đất, đặc biệt là ở những nơi ẩm ướt, có nhiều mùn
hữu cơ. Trùn quế có hai đầu nhọn, thân hơi dẹt và có màu đỏ mận chín ở lưng, khi gặp
ánh sáng thì cơ thể phát dạ quang màu xanh tím.
Trùn quế trưởng thành có kích thước từ 10 – 15cm, nước chiếm khoảng 80 –
85% trọng lượng cơ thể, chất khô khoảng 15 – 20%. Hàm lượng các chất (tính trên
trọng lượng chất khô) như sau: Protein: 68 –70%, Lipid: 7 – 8%, chất đường: 12 –14
Trung
Học
liệu
ĐH Cần
Thơ
@ [8]).
Tài liệu học tập và nghiên cứu
Văn Bảy,
2004,
% vàtâm
tro 11
– 12%
(Nguyễn
Trùn quế rất hoạt động, cơ thể tiết ra hương thơm và sống thích hợp ở vùng nhiệt
đới, có khả năng sản xuất cao. Nó là loại trùn ăn phân, có thể dùng để chế biến phân
hữu cơ từ chất thải.
2.4.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng khi nuôi Trùn quế
Nhiệt độ
Theo Nguyễn Văn Bảy (2004), trong điều kiện bình thường, Trùn quế có thể
sống được ở nhiệt độ từ 5–300C. Tuy nhiên, nhiệt độ thích hợp cho quá trình sinh
trưởng và sinh sản của Trùn là 25– 280C.
Độ ẩm
Độ ẩm và nhiệt độ là hai yếu tố có mối quan hệ mật thiết với nhau, cùng tác động
đến sự sinh trưởng và sinh sản của Trùn. Đây là một trong những nguyên nhân làm
tăng hay giảm sản lượng của Trùn. Độ ẩm thích hợp để nuôi Trùn quế là ở 60 – 70 %.
Chất nền
Chất nền là nơi Trùn trú ẩn, tránh ánh sáng, nóng lạnh và các yếu tố bất lợi khác.
Chất nền cần tơi xốp, giữ ẩm cao, không chua, không có độc chất. Nói chung, chất nền
nuôi Trùn phải đạt 4 tính chất: tơi xốp, không dính, giàu chất dinh dưỡng và sạch.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 23
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Độ pH
Hầu hết, các loại Trùn đều thích hợp ở môi trường sống có pH = 7. Song, với pH
từ 6 – 8 Trùn vẫn có thể sống được (Nguyễn Văn Bảy, 2004, [8]).
Ánh sáng
Tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời rất có hại cho Trùn và có khả năng giết chết
Trùn. Vì vậy, Trùn thường tránh ánh sáng mặt trời, ánh sáng đèn chiếu mạnh, ánh sáng
màu xanh và tia tử ngoại, nhưng không sợ ánh sáng hồng. Đây là nguyên nhân làm cho
Trùn thích sống nơi ẩm ướt và tối.
Không khí
Hàm lượng O2 và CO2 có trong không khí, sẽ ảnh hưởng đến quá trình sinh
trưởng và sinh sản của Trùn. Trùn có thể chịu đựng được với nồng độ CO2 từ 0.01 –
11.5 %. Ngoài ra, các chất khí như: Clo, NH3, H2S, SO2, CH4 cũng có hại cho Trùn
(Nguyễn Văn Bảy, 2004, [8]).
2.4.4.3 Lợi ích của Trùn quế
Do có hàm lượng Protein cao, nên Trùn quế được xem là nguồn dinh dưỡng bổ
sung quý giá cho các loại gia súc, gia cầm, thủy hải sản bằng cách: sử dụng trực tiếp
Trùn tươi hoặc sử dụng làm thức ăn bổ sung với các loại thức ăn khác rất hiệu quả.
Qua áp dụng thực tế trong chăn nuôi tại một số hộ trên địa bàn Thành phố Vĩnh
Yên cho thấy:
Trung tâm Học
liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
+ Trộn từ 2 – 5% bột trùn làm thức ăn cho lợn, tốc độ tăng trọng tăng 70
– 74%
+ Trộn 2 – 3% bột trùn để làm thức ăn cho gà, tốc độ tăng trưởng tăng từ
60 – 100% và năng suất trứng tăng từ 17 – 25%, .
+ Sử dụng Trùn tươi làm thức ăn cho thủy sản, sẽ giúp năng suất thịt
tăng từ 30 – 40%
(Website Nông thôn Việt Nam, 2007, [19])
Ngoài ra, Trùn quế còn được dùng trong y học, công nghệ chế biến thức ăn gia
súc. Đặc biệt, phân Trùn quế rất giàu dinh dưỡng, đây là một sản phẩm rất có ích nhất
là trong nông nghiệp.
Một số tác dụng của phân trùn
Phân trùn là một loại phân hữu cơ, được tạo thành từ phân trùn nguyên chất và
một phần được phân hủy từ chất hữu cơ. Phân trùn là một loại phân bón thiên nhiên
giàu dinh dưỡng. “Chỉ một lượng nhỏ bằng muỗng canh, phân trùn nguyên chất cung
cấp đủ chất dinh dưỡng hữu cơ để nuôi đủ một cây trồng trong chậu cao 25cm trong
hơn 2 tháng” (Nguyễn Văn Bảy, 2004,[8]).
Chất mùn trong phân có khả năng loại trừ độc tố, nấm độc và vi khuẩn có
hại từ đất. Vì vậy, phân trùn có khả năng phòng và kháng bệnh cho cây
trồng.
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 24
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
Những chất dinh dưỡng trong phân có hiệu quả tức thời cho cây trồng,
không cần phải qua quá trình phân hủy trong đất trước khi cây có thể hấp
thụ như phân động vật và phân hóa học.
Kích thích cây trồng phát triển tốt, giúp hoa trổ nhiều, màu đẹp, hoa giữ
được lâu.
Làm tăng tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, giúp cho cây con phát triển nhanh
và có tỷ lệ sống cao.
Giữ ẩm lâu.
Hạn chế côn trùng có hại cho cây trồng
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
SVTH: Đoàn Ngọc Tố Nguyên – Nguyễn Lệ Phương
Trang 25
