KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ BÙN THẢI AO CÁ BẰNG BIOGAS Ở GIAI ĐOẠN 0 – 50 NGÀY

Trong quá trình nuôi thì chất thải trong ao nuôi như nước thải, bùn chứa phân các loại thủy sản, thức ăn dư thừa bị thối rữa, chất tồn dư của các loại hóa chất đã được thải trực tiếp ra

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y

****************

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ

BÙN THẢI AO CÁ BẰNG BIOGAS Ở GIAI ĐOẠN 0 – 50 NGÀY

Sinh viên thực hiện : LÊ QUỐC KHANH

Niên khóa : 2007 – 2011

Tháng 8/2011

BỘ GIÁO DỤC và ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CHĂN NUÔI – THÚ Y

****************

LÊ QUỐC KHANH

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ

BÙN THẢI AO CÁ BẰNG BIOGAS Ở GIAI ĐOẠN 0 – 50 NGÀY

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp bằng Kỹ sư chăn nuôi

Giáo viên hướng dẫn

PGS.TS DƯƠNG NGUYÊN KHANG

Tháng 8/2011

XÁC NHẬN CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ tên sinh viên thực tập: Lê Quốc Khanh

Tên đề tài “KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SINH GAS VÀ XỬ LÝ BÙN THẢI AO CÁ

BẰNG BIOGAS Ở GIAI ĐOẠN 0 – 50 NGÀY”

Đã hoàn thành theo đúng yêu cầu của giáo viên hướng dẫn và ý kiến nhận xét của hội đồng chấm thi tốt nghiệp Khoa ngày………

Giáo viên hướng dẫn

PGS TS DƯƠNG NGUYÊN KHANG

LỜI CẢM ƠN

Suốt đời con luôn ghi nhớ công ơn sinh thành, nuôi dưỡng và dạy dỗ của cha mẹ

để con có được thành quả như ngày hôm nay

Xin chân thành cảm ơn:

PGS.TS Dương Nguyên Khang đã tận tình hướng dẫn, dạy bảo và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

Toàn thể quý Thầy Cô trong Khoa Chăn nuôi – thú y đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian học tập tại trường

Những người bạn thân của tôi cùng các bạn trong lớp DH07CN đã bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian vừa qua

Các anh, chị và các bạn sinh viên Bộ môn Công nghệ sinh học, Khoa Thủy sản

đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011

LÊ QUỐC KHANH

TÓM TẮT

Đề tài “ Khảo sát khả năng sinh gas và xử lý bùn thải ao cá bằng biogas ở giai đoạn 0 – 50 ngày” được tiến hành từ tháng 5 năm 2011 đến tháng 7 năm 2011 tại trại Thủy sản của Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh Mục đích của thí nghiệm

nhằm đánh giá khả năng sinh gas và xử lý bùn thải ao cá và rác thải được trộn theo các

tỉ lệ vật chất khô khác nhau cho vào hệ thống biogas Thí nghiệm được bố trí gồm 5 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần:

- NT1: 4% vật chất khô rác thải

- NT2: 3% vật chất khô rác thải + 1% vật chất khô bùn thải

- NT3: 2% vật chất khô rác thải + 2% vật chất khô bùn thải

- NT4: 1% vật chất khô rác thải + 3% vật chất khô bùn thải

pH, nhiệt độ, COD

Kết quả cho thấy khả năng xử lý bùn thải và rác thải bằng hệ thống biogas đạt hiệu suất tương đối Hệ thống biogas đã làm giảm đáng kể các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải chỉ khoảng 40,3 % tùy theo thời gian lưu trữ chất thải trong hệ thống biogas

Lít gas sinh ra theo thể tích hệ thống biogas đạt hiệu quả thấp nhất là 0,44 lít gas/lít hệ thống, cao nhất là 0,81 lít gas/lít hệ thống

Lít gas sinh ra theo kg VCK thấp nhất là 13,22 lít gas/kg VCK, cao nhất là 24,17 lít gas/kg VCK Nhìn chung khả năng sinh gas trong thời gian khảo sát còn thấp

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG vii

DANH SÁCH CÁC HÌNH viii

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Yêu cầu 2

1.3 Nội dung thực hiện 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Khái niệm ô nhiễm nước 3

2.2 Dấu hiệu nhận biết nguồn nước bị ô nhiễm 3

2.3 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước 3

2.3.1 Các chỉ tiêu vật lý 3

2.3.1.1 Chỉ số pH 3

2.3.1.2 Nhiệt độ 4

2.3.1.3 Độ màu 5

2.3.1.4 Độ đục 5

2.3.2 Các chỉ tiêu hóa học và sinh hóa 5

2.3.2.1 Chất rắn lơ lửng 5

2.3.2.2 Tổng chất rắn 6

2.3.2.3 Nhu cầu oxy hoá học 6

2.3.2.4 Nhu cầu oxy sinh hoá 7

2.3.2.5 Kim loại nặng và các chất độc hại 7

2.3.2.6 Oxy hòa tan 8

2.3.2.7 Nitơ và phôtpho 8

2.4 Tác động của rác thải đến môi trường 8

2.5 Một số phương pháp xử lý nước thải 10

2.5.1 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên 10

2.5.1.1 Ao hồ tự nhiên 10

2.5.1.2 Sử dụng thực vật thủy sinh 10

2.5.1.3 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo 11

2.5.1.4 Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống ủ yếm khí biogas 11

2.5.1.5 Các quá trình chuyển hóa chủ yếu trong phân hủy yếm khí 12

2.5.1.6 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí sinh học 15

2.5.1.7 Vai trò của biogas trong sản xuất và đời sống 18

2.5.1.8 Một số kiểu biogas ở Việt Nam 19

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 23

3.2 Vật liệu nghiên cứu 23

3.2.1 Mẫu nguyên liệu xử lý 23

3.2.2 Thiết bị và hóa chất sử dụng 23

3.2.2.1 Thiết bị 23

3.2.2.2 Hóa chất sử dụng 24

3.3 Phương pháp nghiên cứu 24

3.3.1 Cấu tạo hệ thống biogas thí nghiệm 24

3.3.2 Bố trí thí nghiệm 24

3.3.3 Tiến hành thí nghiệm 27

3.3.3.1 Lấy mẫu khảo sát 27

3.3.4 Chỉ tiêu theo dõi 28

3.3.4.1 Nhiệt độ 28

3.3.4.2 Chỉ số pH 28

3.3.4.3 Nhu cầu oxi hoá học 28

3.3.4.4 Khí gas 29

3.4 Phân tích số liệu 30

Chương 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 31

4.1 Khả năng xử lý chất thải của biogas 31

4.1.1 Nhiệt độ rác thải đầu vào và đầu ra 31

4.1.2 pH của rác thải cho vào và chất thải đầu ra 32

4.1.3 Hàm lượng COD của chất thải đầu vào và đầu ra 33

4.2 Khả năng sinh gas của biogas 35

4.2.1 Lượng gas sinh ra 35

4.2.2 Ảnh hưởng các hệ thống biogas lên sự sản sinh nhóm khí làm ô nhiễm môi trường 37

4.2.3 Ảnh hưởng của các nghiệm thức lên khả năng sinh khí phân hủy 38

4.2.4 Ảnh hưởng của các nghiệm thức về khả năng sinh gas của nhóm rượu 39

4.2.5 Ảnh hưởng của các nghiệm thức về khả năng sản sinh axít béo mạch cacbon dài 40

4.2.6 Ảnh hưởng của các nghiệm thức lên khả năng sinh khí acid cyanide 41

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 43

5.1 Kết luận 43

5.2 Đề nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC

DANH SÁCH C HỮ VIẾT TẮT

COD (Chemical Oxygen Demand) : Nhu cầu oxy hóa học

BOD (Biochemical Oxygen Demand) : Nhu cầu oxy sinh hóa

SS (Suspension Solid) : Chất rắn lơ lửng

DO (Dissolved oxygen) : Hàm lượng oxy hòa tan trong nước

E coli : Escherichia coli

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tỷ lệ C/N trong một số loại phân 17

Bảng 3.1 Số liệu tính toán trong bố trí thí nghiệm 26

Bảng 4.1 Nhiệt độ chất thải đầu vào và đầu ra 31

Bảng 4.2 pH của chất thải cho vào và chất thải đầu ra 32

Bảng 4.3 Hàm lượng COD của chất thải đầu vào và đầu ra 34

Bảng 4.4 Lượng gas sinh ra 36

Bảng 4.5 Lượng khí sản sinh gây ô nhiễm môi trường 37

Bảng 4.6 Lượng acid béo sinh ra từ các nghiệm thức của hệ thống biogas 38

Bảng 4.7 Lượng keton sản sinh từ các nghiệm thức của hệ thống biogas 39

Bảng 4.8 Lượng acid béo bay hơi có mạch carbon dài sản sinh từ các nghiệm thức 40

Bảng 4.9 Lượng acid cyanide sản sinh 41

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí 15

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình V – A – C – B kết hợp 19

Hình 2.3 Mô hình thiết kế hệ thống xây nắp trôi nỗi của Ấn Độ 20

Hình 2.4 Mô hình thiết kế hệ thống xây nắp cố định của Trung Quốc 21

Hình 2.5 Mô hình thiết kế nylon 22

Hình 3.1 Hệ thống thiết kế xử lý biogas 25

Hình 3.2 Hệ thống nước thải đầu ra 25

Hình 3.3 Hệ thống đo gas được ghi nhận bằng chiều cao cột khí trong bình chứa… 26

xử lý đúng cách sẽ có mùi hôi thối, trở thành nguồn phát sinh dịch bệnh, tác động nghiêm trọng đến môi trường và làm ô nhiễm nguồn nước

Bên cạnh rác thải sinh hoạt, còn có một nguyên nhân khác dẫn đến ô nhiễm môi trường và nguồn nước đó là chất thải từ các hệ thống nuôi trồng thủy sản Trong quá trình nuôi thì chất thải trong ao nuôi như nước thải, bùn chứa phân các loại thủy sản, thức ăn dư thừa bị thối rữa, chất tồn dư của các loại hóa chất đã được thải trực tiếp ra sông, kênh mương Chất thải từ các hệ thống nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là từ các ao nuôi cá tra đã tác động nghiêm trọng đến môi trường và hệ sinh thái Bùn thải từ ao nuôi cá nếu không đi qua các hệ thống xử lý chất thải trước khi thải ra môi trường sẽ làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sản xuất, sinh hoạt, đời sống và sức khỏe của con người

Vì vậy, cần phải có những biện pháp xây dựng, thiết kế, xử lý rác thải sinh hoạt

và bùn thải ao cá hợp lý nhằm làm giảm ảnh hưởng của chúng đến môi trường và sức khỏe con người Biện pháp xử lý chất thải bằng biogas không những giải quyết tốt vấn

đề ô nhiễm môi trường, đảm bảo vệ sinh, đẩy lùi dịch bệnh, mà còn đem lại hiệu quả

kinh tế thiết thực cho con người Phương pháp này còn tạo được nguồn năng lượng phục vụ đời sống sản xuất như đun nấu, thắp sáng, chạy máy phát điện Đây là phương pháp chủ yếu dựa vào sự hoạt động phân hủy các chất hữu cơ của vi khuẩn trong điều kiện yếm khí Các quá trình xử lý này được diễn ra trong các bể được thiết kế xây dựng

để phục vụ cho việc xử lý rác thải Tuy nhiên, hiệu quả của mô hình xử lý rác thải sinh hoạt nhằm tái sản xuất những nguồn năng lượng có sẵn để phục vụ lợi ích con người thì chưa được khảo sát một cách có hệ thống Xuất phát từ những nhu cầu mang tính cấp bách trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Khảo sát khả năng sinh gas và xử lý bùn thải

ao cá bằng biogas ở giai đoạn 0 – 50 ngày”

1.2 Yêu c ầu

Khảo sát đánh giá khả năng sinh gas và xử lý bùn thải ao cá bằng biogas

1.3 Nội dung thực hiện

Khảo sát khả năng sinh gas của bùn thải ao cá bằng biogas qua các chỉ tiêu:

- Lít gas sinh ra theo thể tích hệ thống biogas

- Lít gas sinh ra theo kg VCK

- Các loại khí sinh ra có ảnh hưởng đến môi trường như carbonic, methane và tỉ

lệ CO methane; các loại khí sinh ra trong quá trình biến dưỡng cung năng lượng như formic acid, acetic acid, propionic acid và butyric acid; các loại khí thuộc nhóm rượu như aceton và methyl ethyl keton; các loại khí có mạch carbon dài như acrylic acid, methyl acetate acid, ethyl acetate acid và hexanoic acid; khí độc hyhrogen cyanide

- pH, nhiệt độ, COD của chất thải đầu vào và nước thải đầu ra biogas

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Khái niệm ô nhiễm nước

Hiến chương Châu Âu đã định nghĩa về ô nhiễm nước như sau “Ô nhiễm nước

là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm bẩn nước và gây

nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, cho động vật nuôi và các loài hoang dã” Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên mà thành phần nước trong môi trường thủy quyển có thể bị thay đổi bởi nhiều chất thải đưa vào hệ thống Khi lượng chất thải đưa vào quá nhiều, vượt quá khả năng giới hạn của quá trình

tự nhiên làm sạch thì kết quả là nước bị ô nhiễm và việc nhận biết ô nhiễm nước có thể

căn cứ vào các trạng thái hóa học, vật lý và sinh học của nước

2.2 Dấu hiệu nhận biết nguồn nước bị ô nhiễm

- Có xuất hiện các chất nổi trên bề mặt nước và các cặn lắng chìm xuống đáy nguồn

- Thay đổi các tính chất lý học: độ đục, màu, mùi vị, nhiệt độ, pH, …

- Thay đổi thành phần hóa học: hàm lượng các chất hữu cơ và vô cơ, xuất hiện các chất độc hại, …

- Lượng oxy hòa tan (DO) trong nước giảm do các quá trình sinh hóa để oxy hóa các

chất bẩn hữu cơ vừa mới thải vào

- Các vi sinh vật thay đổi về loài và số lượng

- Nguồn nước bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng rất lớn đến hệ thủy sinh vật và việc sử dụng nguồn nước vào mục đích cấp nước hoặc mỹ quan của thành phố

2.3 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước

2.3.1 Các c hỉ tiêu vật lý

2.3.1.1 C hỉ số pH

Chỉ số pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước Trong nước, chỉ số pH được tính theo công thức: pH = - lg [H+] và có thang đơn vị từ 0 - 14

Khi: pH = 7 nước có tính trung tính

pH < 7 nước có tính axit

pH > 7 nước có tính kiềm

pH là một trong những thông số quan trọng và được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng của nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ,

khả năng ăn mòn và trong nhiều tính toán trong cân bằng axít - bazơ

Môi trường pH càng gần 7 thì chất lượng môi trường nước càng tốt Môi trường càng có tính axit hoặc bazơ thì chất lượng môi trường nước càng xấu và càng ảnh hưởng đến đời sống con người, động vật, thực vật và các vật liệu (Nguyễn Văn Nãi, 1999; trích dẫn bởi Huỳnh Tân Tiến, 2006)

Tác động của pH quá cao hay quá thấp là làm ảnh hưởng đến sinh lý của thủy sinh vật Làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào, làm rối loạn quá trình trao đổi muối và nước giữa cơ thể của thủy sinh vật với môi trường ngoài pH thích hợp cho đa

số loài cá nuôi là từ 6,5 – 9 và tốt nhất ở pH là 7 (Nguyễn Liên, 1994; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006)

2.3.1.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ của nước là một đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước Nước mặt (sông, hồ, .) nước mạch nông có nhiệt độ dao động rất lớn, từ 4oC đến 40oC, phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định từ

Nhiệt độ của nước cao sẽ làm tăng quá trình trao đổi chất của hệ vi sinh vật thuỷ sinh, nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hệ vi sinh vật trong nước, có thể làm thay đổi thành phần và số lượng quần thể động thực vật trong nước

2.3.1.3 Độ màu

Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên Các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn các

loại thủy sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh

hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen Nước thải thường có màu nâu đen

hoặc đỏ nâu Màu của nước được phân thành 2 dạng:

- Màu thực do các chất hòa tan hoặc dạng hạt keo lơ lửng, các chất hữu cơ

- Màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong nước tạo nên Trong phân tích nước, người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là nước sau khi lọc bỏ các chất không tan

2.3.1.4 Độ đục

Độ đục trong nước do hạt rắn lơ lửng, chất hữu cơ phân rã hoặc do các động

thực vật thủy sinh gây nên Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong dung dịch nước, gây mất mỹ quan khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Các vi khuẩn có thể xâm nhập vào các hạt rắn lơ lửng nên gây trở ngại cho giai đoạn khử trùng nước và có thể trở thành nguyên nhân gây bệnh từ nguồn nước Độ đục là một trong những nhân tố quan trọng gây ô nhiễm nước khó xử lý trong hệ thống cấp nước công cộng bởi vì 3 lý do chính: mỹ quan, khả năng lọc và khử trùng nước Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn

2.3.2 Các ch ỉ tiêu hóa học và sinh hóa

2.3.2.1 Chất rắn lơ lửng (SS)

Chất rắn lơ lửng (SS) là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải Các

SS hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân huỷ làm giảm DO của nguồn nước Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và tác nhân hoá học mà các

SS có khả năng lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng Các chất

rắn có trong nước là:

- Các chất vô cơ là dạng muối hòa tan hoặc không tan

- Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực vật phù du Các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp

Phân loại các chất rắn có trong nước:

- Chất rắn qua lọc có đường kính hạt nhỏ hơn 1μm (10-6

2.3.2.2 Tổng chất rắn

Tổng số chất rắn (TS) là trọng lượng khô còn lại sau khi cho bay hơi 1 lít mẫu nước (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 103oC tới khi trọng lượng không đổi Đơn vị tính mg/l hoặc g/l

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng, các hạt keo và chất rắn hoà tan TS trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hoàn toàn toàn ở nhiệt độ 103 – 105o

C TS được tính bằng đơn vị mg/l (Lê

Hoàng Việt, 2000)

2.3.2.3 Nhu cầu oxy hoá học

Chỉ số COD trong kiểm soát nước ô nhiễm là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O COD biểu thị lượng

chất hữu cơ có thể oxy hoá bằng hoá học Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để đặc trưng cho mức độ các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm kể cả các chất hữu cơ dễ phân huỷ và khó phân huỷ sinh học Tỷ lệ giữa BOD và COD thường xấp xỉ từ 0,5–

0,7 Việc xác định COD để đánh giá mức độ ô nhiễm (Đặng Kim Chi, 1999)

Phân gia súc chứa protein, lipid, cacbonhydrate…Quá trình lên men yếm khí trong hầm ủ các chất này sẽ bị phân huỷ tạo ra các chất hoà tan đồng thời sinh ra hỗn hợp khí CH4, CO2 và H2 Do đó hàm lượng chất hữu cơ giảm đáng kể trong quá trình hấp thụ (Nguyễn Thành Quốc, 2000)

2.3.2.4 Nhu c ầu oxy sinh hoá

BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hoá các

chất hữu cơ trong nước, đặc biệt là nước thải Đơn vị tính mg/l

Hợp chất hữu cơ + O2 vi khuẩn CO2 + H2O

Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước là do

chất hữu cơ có thể bị vi sinh vật phân huỷ trong điều kiện hiếu khí BOD là chỉ số chỉ

ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ trong nước

ô nhiễm, BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học ô

nhiễm trong nước càng lớn

Quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong nước có thể xảy ra hai giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Chủ yếu oxy hoá các hợp chất cacbua hydro, quá trình này xảy ra 20o

C kéo dài 20 ngày

2NO2 - + O2 vi khuẩn 2NO3 –

2.3.2.5 Kim loại nặng và các chất độc hại

Kim loại nặng trong nước thải có ảnh hưởng đáng kể đến các quá trình xử lý, nhất là xử lý bằng phương pháp sinh học Các kim loại độc hại gồm niken, đồng, chì, coban, crôm, thủy ngân, cadimi Ngoài ra còn có một số nguyên tố độc hại khác không phải là kim loại nặng như: Cianua, Stibi (Sb), Bo,… Trong nước thải chúng thường tồn tại dưới dạng cation và trong các liên kết với các chất hữu cơ và vô cơ

2.3.2.6 Oxy hòa tan

Oxy hòa tan (DO) là lượng oxy trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật sống dưới nước như: cá, lưỡng thể, thuỷ sinh, côn trùng DO thường được tạo ra do

sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo Nồng độ oxy tự do trong nước nằm khoảng 8 -10 mg/l và dao động mạnh phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá

chất, sự quang hợp của tảo Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật trong nước giảm hoạt động hoặc chết Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm

nước của các thuỷ vực

2.3.2.7 Nitơ và phôtpho

Nitơ là một nguyên tố cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật do nó là nguyên tố cần thiết tạo nên các protêin và các axit nucleic Do đó, các số liệu về nitơ rất cần thiết để đánh giá xem nước thải đó có thể xử lý được bằng các biện pháp sinh học hay không Nếu nước thải thiếu nitơ ta phải bổ sung nitơ để có thể xử lý bằng biện pháp sinh học Nếu trong nước thải có quá nhiều nitơ ta cần loại bỏ nitơ ra khỏi nước thải để khống chế sự phát triển của tảo ở các nguồn nước tiếp nhận

Phôtpho rất cần thiết cho sự sinh trưởng của tảo và một số sinh vật khác Do đó

để khống chế hiện tượng tảo nở hoa ta phải loại bỏ phôtpho ra khỏi nước thải

2.4 Tác động của rác thải đến môi trường

Nguồn gây ô nhiễm từ các xí nghiệp, dân cư tập trung đông, chợ đầu mối,

trường học, bệnh viện Bao gồm chất thải rắn như phân rác, lông, thức ăn dư thừa và nước rửa chuồng, vệ sinh trong quá trình chăn nuôi gia súc Rác thải vừa là nguồn lợi

có giá trị do hàm lượng dưỡng chất của nó, nhưng bên cạnh đó nó cũng là nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trường trầm trọng nếu không có biện pháp quản lý và xử lý hữu hiệu Vấn đề tác động môi trường của rác thải thường được biết đến là mùi hôi, bụi và thu hút ruồi muỗi Tuy nhiên đây chỉ là tác động cục bộ ảnh hưởng đến bản thân của

con người Rác thải còn có thể tác động trên một phạm vi rộng lớn hơn, thông qua việc

ô nhiễm không khí, đất, nước, và gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006)

Ô nhiễm không khí: Thường được nhận biết bởi bụi, mùi hôi, và các chất gây hiệu ứng nhà kính Mùi hôi do sự phóng thích các chất khí như H2S, NH3, … một phần nhỏ amonia trong không khí sẽ chuyển thành Nitro oxit là chất làm thủng tầng ozon nhiều hơn carbon dioxit 320 lần Ngoài ra trong quá trình phân huỷ yếm khí sinh metan

có tác dụng giữ lại năng lượng mặt trời (hiệu ứng nhà kính), góp phần làm thay đổi thời tiết toàn cầu, 16% lượng metan sinh ra hàng năm trên thế giới là từ chăn nuôi (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006)

Việc sinh khí amonia, dioxit sunphua và oxit nitrogen từ chất thải chăn nuôi sẽ đưa đến những trận mưa axit

Ô nhiễm nước mặt: Ô nhiễm môi trường nước do rác thải và gia súc bao gồm hiện tượng phú dưỡng đối với nước mặt Hiện tượng phú dưỡng là do sự phát triển tảo quá mức, là do dư chất đạm và phosphate trên bề mặt các ao hồ Do đó, các vi khuẩn

phân huỷ rong tảo cũng phát triển, sử dụng oxi trong nước và khi chết đi tạo mùi vị khó

chịu cho nước Sự phú dưỡng cũng gắn liền với sự phát triển của một loại sinh vật

mang tên Pfiesteria piscicida có khả năng giết chết cá hàng loạt và gây bệnh cho người (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006)

Ô nhiễm môi trường đất: đây là trường hợp đặc biệt đối với phosphate, nếu đất

có tỷ lệ sét cao thì khả năng kết hợp với phosphate cũng khá cao Khả năng này đạt cực đại thì bao nhiêu phosphate bón vào đất sẽ ngấm xuống tầng dưới gây ô nhiễm nước ngầm Đất bón phân heo nhiều năm ở lượng cao cũng bị nhiễm kim loại nặng như đồng, kẽm vì những chất này thường được đưa vào thức ăn gia súc để làm tăng trọng

và ngừa bệnh Về lâu dài các chất này có thể có hại cho cây trồng và vật nuôi Đất bón nhiều phân gia súc sẽ chứa nhiều nitrogen và photpho, khi có mưa dễ bị ngấm qua đất vào nước ngầm dạng nitrate, ngoài ra còn có thể chảy tràn qua mặt đất ra sông làm ô

nhiễm mặt nước (Phan Thị Giác Tâm, 2001; trích dẫn bởi trích dẫn bởi Nguyễn Thị Minh Hồng, 2006)

Thu hút nhiều ruồi nhặn: rác thải sinh là môi trường lý tưởng để trứng ruồi phát triển thành giòi, sau đó biến thành ruồi, ruồi dễ dàng truyền lây dịch bệnh cho người và động vật

2.5 Một số phương pháp xử lý nước thải

2.5.1 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện tự nhiên

2.5.1.1 A o hồ tự nhiên

Sử dụng ao hồ tự nhiên để xử lý chất thải là một hình thức xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bằng các quá trình tự làm sạch để xử lý nước thải Trong các ao

hồ này các hoạt động của vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí, quá trình cộng sinh của vi khuẩn

và tảo là các quá trình sinh học chủ đạo Các quá trình lý học, hóa học gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp thụ, kết tủa, các phản ứng hóa học cũng diễn ra tại đây Quần thể động thực vật trong ao hồ đóng vai trò quan trọng trong quá trình vô cơ hóa các hợp chất hữu cơ trong chất thải Đầu tiên, vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản và vô cơ, đồng thời trong quá trình quang hợp

chúng lại giải phóng ra oxy cung cấp cho cá Cá bơi lội khuấy trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy với nước, thúc đẩy sự hoạt động, phân hủy của vi sinh vật Tùy theo sự hiện diện của oxy trong các ao hồ mà người ta phân chia các loại ao hồ để

xử lý nước thải thành ao hiếu khí, ao tùy nghi, ao kỵ khí

Ngày nay, người ta sử dụng ao hồ để xử lý chất thải và đồng thời tái sử dụng

chất dinh dưỡng trong chất thải để sản xuất tảo và nuôi cá, chất thải chăn nuôi có thể thải trực tiếp vào ao hồ sau khi nước đã được xử lý qua hầm biogas

5.2.1.2 Sử dụng thực vật thủy sinh

Thực vật thủy sinh là các loài thực vật tăng trưởng trong môi trường nước, chúng có thể gây nên một số bất lợi cho con người do việc phát triển nhanh và phân bố rộng của chúng Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng chúng để xử lý chất thải, lấy đi các

chất dinh dưỡng trong chất thải tránh hiện tượng nguồn nước có dồi dào các chất dinh dưỡng, chuyển hóa các chất dinh dưỡng vào cơ thể chúng để phân hủy chất thải Các loại thực vật thủy sinh chính gồm:

- Thực vật thủy sinh sống chìm: loài thủy sinh vật này phát triển dưới mặt nước

và chỉ phát triển được ở các nguồn nước có đủ ánh sáng Chúng gây nên các tác hại như làm tăng độ đục của nguồn nước, ngăn cản sự khuếch tán của ánh sáng vào nước

Do đó các loài thực vật thủy sinh này không hiệu quả trong việc làm sạch các chất thải

- Thực vật thủy sinh sống nổi: rễ của loài thực vật này không bám vào đất mà lơ lửng trên mặt nước, lá của nó phát triển trên mặt nước theo gió và dòng nước Rễ của chúng tạo điều kiện cho vi khuẩn bám vào để phân hủy các chất thải

- Thực vật thủy sinh sống trôi nổi: loài thực vật thủy sinh này có rễ bám vào đất nhưng thân và lá phát triển trên mặt nước Loài này thường sống ở những nơi có thủy triều ổn định

2.5.1.3 Xử lý sinh học hiếu khí trong điều kiện nhân tạo

Bể lọc sinh học: hoạt động như một bể lọc, có thể làm sạch nước thải hữu cơ nhờ sự

hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí Các vi sinh vật này hình thành trên bề mặt của vật liệu đệm, tạo thành lớp màng sinh vật bám dính trên bề mặt vật liệu đệm Để một

bể lọc sinh học hoạt động tốt, hiệu quả cao, nhất thiết phải phân bố đều nước thải trên

bề mặt lọc, thông gió cung cấp oxy đầy đủ cho các vi sinh vật hoạt động, tải lượng và

tốc độ thích hợp

Bể bùn hoạt tính: bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có

kích thước khác nhau Các hạt có thể là các vi khuẩn 0.5 – 5 µm hoặc là các bông bùn lớn từ 1 mm trở lên Bông này bao gồm tập hợp những vi sinh vật hiếu khí (vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, dòi, …) tự hình thành khi thổi không khí vào nước Việc sục khí hoặc khuấy trộn có tác dụng xáo trộn tốt, đồng thời cung cấp oxy cho vi sinh vật hoạt động, tăng hiệu quả xử lý của bể

2.5.1.4 Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống ủ yếm khí biogas

Khí sinh học: biogas hay còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh ra

từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí Hỗn hợp khí này chiếm tỷ lệ gồm CH4: 60 – 70%, CO2: 30 – 40%, phần còn lại là một lượng nhỏ khí N2, H2, CO, CO2 và CH4 có số lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khi đốt Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh học, do đó số lượng khí sinh ra này sẽ tùy phụ thuộc loại phân, tỷ lệ phân nước, nhiệt

độ môi trường, tốc độ dòng chảy trong hệ thống phân hủy khí sinh học

Đặc tính khí sinh học biogas: khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0,9 – 0,94

kg/m3, trọng lượng riêng này thay đổi do tỷ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp Lượng H2S chiếm một lượng ít, có mùi hôi, tạo thành axit H2SO4 khi tác dụng với nước gây độc cho người và làm hư hỏng các dụng cụ đun nấu Mùi hôi của chất này giúp xác định nơi hư hỏng để sửa chữa

Khí biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn nó với tỷ lệ từ 6 – 25% trong không khí, vì thế khi sử dụng gas này sẽ có tính an toàn cao Nếu hỗn hợp khí mà CH4

chỉ chiếm 60% thì 1 m3

gas cần 8 m3 không khí Nhưng trong thực tế, khí biogas được

cháy tốt trong không khí khi nó được hòa lẩn ở tỷ lệ là 1/9 – 1/10 (Ủy ban Khoa học

kỹ thuật Đồng Nai, 1989)

Đặc tính của khí CH 4 : khí CH4 là một chất khí không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí CH4 ở 20oC, 1 atm, 1 m3 khí CH4 có trọng lượng 0,716 kg Khi đốt hoàn toàn 1 m3 khí CH4 cho ra khoảng 5.500 – 6.000 kcal

Quá trình thuỷ phân: các chất thải hữu cơ chứa các chất hữu cơ cao phân tử như

protein, chất béo, cacbonhydrat, xellulozơ, lignin, … Trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn Các nhóm vi khuẩn yếm khí thủy phân các hợp chất hữu cơ hợp thành các chất dễ hòa tan như: axit

amin, đường, axit béo mạch dài, rượu Vì chỉ khi đó các chất này mới có khả năng hấp

thụ qua màng tế bào vi sinh vật

Các quá trình thủy phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố của môi trường như nhiệt độ, pH, cấu trúc của các chất hữu cơ cần phân giải

Quá trình axit hóa: quá trình thủy phân sẽ được tiếp tục phân giải dưới tác động của

vi sinh vật lên men axít để tạo thành các axít dễ bay hơi như axít acetic, propionic, formic, lactic, butyric, succinic Ngoài ra còn có một số dạng khác như rượu và các xeton (etanol, metanol, glycerol,aceton), NH3, CO2 và H2 Do nhiều axit hữu cơ được sinh ra trong quá trình lên men này nên quá trình vi sinh vật học tổng thể trong giai đoạn này thường được gọi là bước sinh axít Các vi khuẩn tạo axit chủ yếu là vi khuẩn

tùy tiện phân hủy protit và vi khuẩn amon hóa axít amin, thường gặp là: Clostridium,

Lactobacillus, Desulfovibrio, Corynebacterium, Actinomyces, Staphylococcus, Escherichia coli Một số loại vi khuẩn hiếu khí cũng tham gia trong giai đoạn đầu của

quá trình lên men yếm khí, những vi khuẩn này bao gồm: Psedomonas,

Flavobacterium, Alcaligenes, Micrococcus, Sarcina vulgaris, Escherichia Coli Nhiều

loại nấm mốc như Penicillium, Fusarium,…và các động vật nguyên sinh cũng tham

gia quá trình lên men axít

Quá trình axetat hóa: các axit là sản phẩm của quá trình trên lại tiếp tục được thủy phân để tạo lượng axit acetic nhiều hơn Sản phẩm của quá trình này phụ thuộc vào áp suất riêng phần H2 trong môi trường Áp suất riêng phần của H2 được giữ < 10-3 atm

để vi sinh vật có thể biến đổi H2 thành CH4 theo phản ứng sau:

- Các loài vi sinh vật thứ hai (sinh axetat): là các vi khuẩn cổ hóa dưỡng hữu cơ vì

chúng cắt axetat thành CH4 và CO2, thu nhận năng lượng của mình từ axetat:

CH3COOH → CH4 + CO2

Axetat là một anion, khi bị cắt đôi thành CH4 và CO2 thì cần một cation cặp đôi tham gia vào quá trình Khi ion cặp đôi đó là NH4+, được sinh ra trong bước lên men đầu, thì amoni bicacbonat (NH4HCO3) sẽ được tạo thành Khi cation cặp đôi là H3O+được sinh ra trong bước đầu thì axit cacbonic (H2CO3) sẽ được tạo thành và CO2 sẽ được giải phóng trong thể tích khí thoát ra Kết quả của hai trường hợp làm môi trường trở nên kiềm hóa (pH tăng lên), tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

Nhóm vi khuẩn chủ yếu trong giai đoạn này là: Methalnobacterium,

Methalnosacrina, Methalnococcus, Methalnobrevibacter, Methalnothrix

Quá trình metan hóa: vi sinh vật chuyển hóa metan chỉ có thể phân hủy một số loại

cơ chất nhất định như acetat, metanol, metylamin và CO2, CO, H2 Đó là giai đoạn

cuối cùng của quá trình phân hủy các sản phẩm hữu cơ đơn giản của những giai đoạn trước để tạo thành CH4 và CO

2 nhờ các vi khuẩn lên men CH4 Chúng gồm hai nhóm:

- Nhóm biến đổi axetat: nhóm này có tốc độ phát triển chậm và đây là nguyên nhân mà

công trình xử lý yếm khí phải có thời gian lưu các chất thải ở công trình lâu

- Nhóm biến đổi hydrogen: nhóm này có tốc độ phát triển nhanh hơn nhiều, chúng giữ vai trò quan trọng trong quần thể vi sinh vật sinh metan tổng thể Các vi khuẩn này có khả năng giữ áp suất riêng phần của hidro thấp, tạo điều kiện tốt cho quá trình axít béo

chuyển hóa thành axêtat Do đó cần phải theo dõi sát nồng độ hydro Dưới điều kiện nồng độ hydro cục bộ cao, sự tạo thành axetat giảm và chất nền sẽ chuyển thành axít propionic, butyric và etanol thay vì metan

- Vi khuẩn sinh CH4 là những vi khuẩn gam (-), thường không di động Chúng phát triển rất chậm trong môi trường nước thải Khoảng 2/3 khí CH4 được tạo ra từ sự

chuyển hóa axetat của nhóm vi khuẩn này và 1/3 còn lại là do sự suy giảm CO2 tạo ra bởi hydro

Như vậy, quá trình phân hủy yếm khí được chia thành các giai đoạn chính như sau:

Hình 2.1 Sơ đồ ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí

2.5.1.6 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh khí sinh học

Điều kiện kỵ khí tuyệt đối: quá trình lên men phân hủy một hợp chất hữu cơ trong

hầm ủ phân đòi hỏi điều kiện kỵ khí tuyệt đối, oxy được coi là độc tố đối với các vi sinh vật Sự có mặt của oxy sẽ ảnh hưởng lớn đến khả năng hoạt động của vi sinh vật

tạo khí làm cho quá trình tạo khí giảm đi hay ngừng hẳn

Nhiệt độ: nhiệt độ làm thay đổi lớn đến quá trình sinh gas trong hầm ủ Sự tăng trưởng

phát triển của nhóm vi khuẩn yếm khí rất nhạy cảm bởi nhiệt độ Nhóm vi khuẩn này hoạt động tối ưu ở nhiệt độ 31o

- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa lạnh: 10 – 20oC

- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa nhiệt: 20 – 40oC

- Khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa nóng: 40 – 60o

C

C hỉ số pH môi trường: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi

khuẩn sinh khí CH4.Vi khuẩn sinh khí CH4 ở pH 4,5 – 5,0 Khi pH > 8 hay pH < 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh (Nguyễn Thị Thủy, 1991) Theo Lê Hoàng Việt (2000), khi pH giảm thấp dưới 6 là do tích tụ quá độ các axit béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp đã ức chế hoạt động của vi khuẩn sinh

CH4 Trong trường hợp này, người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh

CH4 sử dụng hết các axit thừa, khi hầm ủ đạt tốc độ sinh khi bình thường trở lại thì người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng quy định Ngoài ra người ta có

thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ

T hời gian ủ: lượng gas sinh ra sẽ phụ thuộc nhiều vào thời gian ủ dài hay ngắn, thời

gian ủ tùy thuộc vào đặc tính của nước thải và nhiệt độ môi trường, thời gian ủ phải được kéo dài đủ để vi khuẩn kỵ khí phân hủy hoàn toàn các chất có trong nước thải Ở

cùng một nhiệt độ và tỷ lệ pha loãng chất dinh dưỡng, khả năng sinh gas cao nhất với thời gian ủ kéo dài từ 30 đến 40 ngày

Hàm lượng chất rắn: hàm lượng chất rắn dưới 9% thì hoạt động của hầm ủ sẽ tốt

Hàm lượng chất rắn ở khoảng 7 – 9%, khả năng sinh gas tốt hay xấu sẽ còn tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường Ở Việt Nam vào mùa khô, nhiệt độ cao, sự phân hủy tốt khả năng sinh gas cao nên hàm lượng chất rắn trong hầm giảm, do đó cung cấp chất rắn cao

hơn vào hầm ủ là có thể chấp nhận được và ngược lại

Thành phần dinh dưỡng: để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường, liên tục thì phải

cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Thành phần chính của nguyên liệu là C, N và nó nguồn cung cấp cần thiết cho sự tổng hợp amino axit, protein và axit nucleic và cũng là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật và giúp cho quá trình lên men nhanh hơn

Để đảm bảo sự cân đối dinh dưỡng cho hoạt động của vi sinh vật kỵ khí thì cần chú ý đến tỷ lệ C/N (Bảng 2.1) Tỷ lệ thích hợp từ 25/1 đến 30/1 cho sự phân hủy kỵ khí tốt

Bảng 2.1 Tỷ lệ C/N trong một số loại phân Loại phân Tỷ lệ C/N

Trâu bò Heo

Gà

Cừu Ngựa Người

25/1 13/1 5/1 – 10/1 29/1 24/1 2,9/1 (Ủy ban khoa học kỹ thuật Đồng Nai, 1989)

Sulfur hydro (H 2 S): H2S có trong thành phần của dịch lên men, nếu ở nồng độ cao có thể tạo thành chất độc đối với vi sinh vật và ức chế sự sinh khí CH4 và gây ra sự thay đổi thành phần của khí CH4 Điều này có thể phục hồi bằng cách loại bỏ H2S hoặc pha loãng với nước, trong trường hợp nghiêm trọng phải khuấy mạnh để H2S ra khỏi dịch phân Sự hiện diện của H2S có thể ăn mòn kim loại: sắt, kẽm, quan trọng hơn là sự ăn mòn những thiết bị chứa gas, thiết bị đo gas, van… Ta có thể loại H2S bằng cách bỏ vôi sống vào hầm nhưng hạn chế đưa vào những hầm có kích thước lớn trong thời gian dài vì nó tạo ra những mùi rất khó chịu và mùi này thì rất khó xử lý, nồng độ CO2 càng

cao thì quá trình loại bỏ H2S rất khó, lượng CO2 tác dụng với vôi sống sẽ tạo thành Ca (HCO3)2 Phương trình phản ứng diễn ra như sau:

Ca (OH)2 + H2S = Ca (SH)2 + H2O

Các c hất gây trở ngại quá trình lên men: vi khuẩn sinh CH4 dễ bị ảnh hưởng bởi các độc tố và các hợp chất vô cơ như oxy, amoniac, clo, hợp chất vòng benzen, formaldehyde, axit bay hơi, axit béo, kim loại nặng Khi hàm lượng các loại này có trong hầm ủ vượt quá giới hạn nhất định sẽ giết chết các vi khuẩn Một số nghiên cứu

đã cho thấy một số chất có hàm lượng sau đây sẽ ức chế quá trình lên men của vi

khuẩn kỵ khí

Một số yếu tố khác

- Thể tích hầm biogas Yếu tố này có liên quan đến thời gian lưu lại của dịch phân ngắn hay dài và số lượng phân phù hợp với kích cở hầm

- Tổng thể tích phân nước cho vào trong ngày và tỷ lệ phân nước

- Từng loại phân khác nhau cho số lượng gas khác nhau

- Tỷ lệ phân nước: dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy, ngược lại dịch phân quá cao sẽ tạo lớp váng trên bề mặt của hầm gây cản trở quá trình sinh khí Ngoài ra yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gas

2.5.1.7 Vai trò c ủa biogas trong sản xuất và đời sống

Cung c ấp năng lượng: khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất đốt mới, phục vụ

nhu cầu nấu nướng, thắp sáng và chạy động cơ đốt trong vừa sạch sẽ và tiết kiệm thời

gian

Hạn chế ô nhiễm, bảo vệ môi trường: ô nhiễm môi trường đã tăng theo sự phát triển

công nghiệp trên thế giới Ở nước ta, có nhiều yếu tố tác động đến ô nhiễm môi trường như kinh tế phát triển đã làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, đô thị hóa gia tăng, gia tăng dân số, nghèo đói, rừng tự nhiên bị tàn phá do nhu

cầu năng lượng gia tăng Phát triển chăn nuôi đã tăng chất thải gia súc gia cầm Để hạn

chế ô nhiễm chất thải chăn nuôi, thiết kế xử lý biogas là một trong những cách có thể

chấp nhận được vì:

- Tạo nguồn nhiên liệu chất đốt hạn chế phá rừng

- Hạn chế các vi khuẩn gây bệnh trong phân Khi chất được xử lý bằng biogas, mùi hôi

sẽ giảm, ký sinh trùng và vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt đáng kể

- Nước thải sau khi qua biogas có thể sử dụng: để nuôi tảo, nuôi cá, nuôi bèo làm thức

ăn cho gia súc gia cầm, làm nguồn phân bón tốt, hợp vệ sinh, là nguồn thức ăn của động vật thủy sinh và giảm phát khí thải nhà kính

- Biogas có thể xem như một nhân tố kết nối quan trọng trong mô hình phát triển nông nghiệp kết hợp vườn – ao – chuồng – biogas được trình bày qua sơ đồ:

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình V – A – C – B kết hợp (Nguyễn Viết Lập, 2001)

2.5.1.8 Một số kiểu biogas ở Việt Nam

Loại nắp trôi nổi

Loại hệ thống này được nghiên cứu và thiết kế ở Ấn Độ, thường là dạng tròn, xây chìm hẳn trong lòng đất, vật liệu làm bằng gạch, xi măng, ống nạp nguyên liệu nối với buồng chứa bùn ở gần dưới đáy, phần đối diện là ống xả bùn như được mô tả trong Hình 2.3

Khí sinh ra được giữ lại ở phía trong phần nắp nổi, nắp này đa số chế tạo bằng thép dày Hệ thống này rất hợp vệ sinh do bề mặt chất thải tiếp xúc ít với môi trường,

hệ thống ít bị rò rỉ, dễ xây dựng nhưng giá thành lại cao, phải có kế hoạch bảo trì như

sơn nắp trôi nổi để chống rỉ, với loại này thường đạt áp suất khoảng 100 – 150 mmHg, nên không thể dùng để thắp sáng được

Hình 2.3 Mô hình thiết kế hệ thống xây nắp trôi nỗi của Ấn Độ

(Trần Vũ Quốc Bình, 2006)

Loại hệ thống nắp cố định

Được nghiên cứu và thiết kế ở Trung Quốc, loại hệ thống này phổ biến ở Việt Nam, xây dựng nữa chìm nữa nổi hay nổi hẳn trên mặt đất Kiểu thiết kế bê tông hình vòm, gồm 2 bể Bể phân hủy chính để lên men tạo gas, bể phụ để điều hòa áp lực như được mô tả trong Hình 2.4

Vật liệu làm bằng gạch, xi măng Phần trần đổ bằng bê tông, cốt thép Bể ủ dạng hình vuông, tròn, chữ nhật Phần chứa khí nằm ngay trên trần bể Kỹ thuật xây hệ thống này đòi hỏi cao vì dễ bị rò rỉ, khó sửa chữa Nhưng giá thành lại thấp hơn hệ thống nắp trôi nổi Bề mặt chất thải tiếp xúc với môi trường lớn nên vệ sinh kém Áp lực khí đạt khoảng 1000 mmHg, nên ngoài đun nấu còn phục vụ thắp sáng, chạy động

cơ