Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình (TT)

24 4 0
  • Loading ...
1/24 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 29/11/2016, 08:35

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chun ngành: Mơi trƣờng đất nƣớc Mã ngành: 62440303 TRẦN SỸ NAM NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC TỪ RƠM VÀ LỤC BÌNH Cần Thơ, 2016 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: PGS.TS Nguyễn Hữu Chiếm Người hướng dẫn phụ: Prof Dr Kjeld Ingvorsen Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường Họp tại: Vào lúc … … ngày … tháng … năm … Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Trần Sỹ Nam, Nguyễn Thị Huỳnh Như, Nguyễn Hữu Chiếm, Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê Hồng Việt Kjeld Ingvorsen, 2014 Ước tính lượng biện pháp xử lý rơm rạ số tỉnh Đồng sơng Cửu Long Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ phần A: Khoa học Tự nhiên, Cơng nghệ Mơi trường, số 32 87-93 Trần Sỹ Nam, Nguyễn Phương Chi Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014 Khảo sát sinh trưởng lục bình (Eichhornia crassipes) thủy vực khác Vai trò Khoa học – Cơng Nghệ phát triển kinh tế - xã hội NXB Nơng nghiệp 15-20 ISBN 978604-60-1858-2 Trần Sỹ Nam, Võ Thị Vịnh, Nguyễn Hữu Chiếm, Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê Hồng Việt Kjeld Ingvorsen, 2014 Sử dụng rơm làm ngun liệu bổ sung nâng cao suất sản xuất khí sinh học Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nơng thơn - Bộ nơng nghiệp phát triển nơng thơn số 15 65-73 Trần Sỹ Nam, Nguyễn Phương Chi, Nguyễn Hữu Chiếm, Lê Hồng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân Kjeld Ingvorsen, 2015 Ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý sinh học lục bình (Eichhornia crassipes) lên khả sinh khí biogas ủ yếm khí theo mẻ có phối trộn phân heo Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Số chun đề: Mơi trường Biến đổi khí hậu (2015)102-110 Tran Sy Nam, Huynh Cong Khanh, Huynh Van Thao, Nguyen Vo Chau Ngan, Le Hoang Viet, Nguyen Huu Chiem and Kjeld Ingvorsen, 2015 Biogas production from rice straw and water hyacinth – the effect of mixing in semi-continuous reactors Journal of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Vol 53(3A): 217-222 Tran Sy Nam, Huynh Van Thao, Huynh Cong Khanh, Nguyen Vo Chau Ngan, Le Hoang Viet, Nguyen Huu Chiem and Kjeld Ingvorsen, 2015 The components of volatile fatty acids in semi- continuous anaerobic co-digestion of rice straw and water hyacinth and pig manure Journal of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Vol 53 (3A): 229-234 Trần Sỹ Nam, Huỳnh Văn Thảo, Huỳnh Cơng Khánh, Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn Hữu Chiếm, Lê Hồng Việt Kjeld Ingvorsen, 2015 Đánh giá khả sử dụng rơm lục bình ủ yếm khí bán liên tục – ứng dụng túi ủ biogas polyethylene với quy mơ nơng hộ Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ phần A: Khoa học Tự nhiên, Cơng nghệ Mơi trường, số 36 27-35 Nguyen Vo Chau Ngan, Tran Sy Nam, Nguyen Huu Chiem, Le Hoang Viet and Kjeld Ingvorsen, 2015 Effects of C/N rations on anaerobic co-digestion of pig manure and local biomass in the Mekong delta Journal of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Vol 53(3A): 223-228 Nguyen Vo Chau Ngan, Tran Sy Nam, Nguyen Huu Chiem, Le Hoang Viet, Nguyen Thi Thuy, Kjeld Ingvorsen, 2015 Paddy straw application for energy production to reduce in situ straw burning in the Mekong delta of Vietnam In International conference on Solid Wastes 2015: Knowledge transfer for Sustainable resource management in at Hong Kong Baptist University, Hong Kong SAR, P.R China, ISBN 978-988-19988-9-7 Chƣơng 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết luận án Rơm lục bình hai nguồn sinh khối phổ biến có tiềm đồng sơng Cửu Long khơng sử dụng hiệu Phần lớn rơm loại bỏ khỏi đồng ruộng cách đốt bỏ, cày vùi sử dụng để ủ phân Lục bình phát triển nhanh, dày đặc sơng, hồ kênh rạch; gây hại đời sống thủy sinh, cản trở giao thơng đường thủy ni trồng thủy sản Đây nguồn sinh khối tiềm để tạo khí sinh học tăng cường khả sản xuất lượng phi tập trung cộng đồng nơng thơn, nơi có nhiều túi ủ khí sinh học qui mơ nhỏ vào hoạt động hiệu thiếu hụt phân gia súc Trong giai đoạn tái đàn gia súc dịch bệnh xuất thiếu hụt phân gia súc hạn chế việc phát triển biogas đồng sơng Cửu Long Trong đó, trình bày trên, rơm lục bình hai nguồn sinh khối phổ biến có tiềm đồng sơng Cửu Long khơng sử dụng hiệu Sự bổ sung rơm lục bình đặc biệt thích hợp để tăng cường khả sản xuất lượng phi tập trung cộng đồng nơng thơn, nơi có nhiều túi ủ khí sinh học qui mơ nhỏ vào hoạt động hiệu thiếu hụt phân gia súc Do vậy, luận án thực với mong muốn tìm phương pháp đơn giản, có khả áp dụng điều kiện nơng hộ để chuyển đổi rơm lục bình thành khí sinh học đồng sơng Cửu Long 1.2 Mục tiêu luận án - Xác định lượng rơm dư thừa đồng sơng Cửu Long nhằm làm sở nghiên cứu sử dụng lượng rơm cho sản xuất khí sinh học; - Xác định khả tăng trưởng lục bình tiềm sử dụng nguồn sinh khối bổ sung cho sản xuất khí sinh học nơng hộ; - Tìm (i) phương pháp tiền xử lý sinh học đơn giản, (ii) kích cỡ ngun liệu nạp, (iii) tỷ lệ phối trộn rơm/lục bình với phân heo phù hợp để tạo khí sinh học từ rơm lục bình điều kiện in vitro; - Thử nghiệm sử dụng rơm lục bình để sản xuất khí sinh học mơ hình túi ủ polyethylene (PE) quy mơ nơng hộ điều kiện in vivo 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu khảo sát lượng rơm biện pháp xử lý sau thu hoạch hai vụ lúa Đơng Xn Thu Đơng 04 tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang Cần Thơ Nghiên cứu tập trung đánh giá ảnh hưởng biện pháp tiền xử lý sinh học đơn giản, kích cỡ ngun liệu nạp, tỷ lệ phối trộn rơm/lục bình -1- với phân heo theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ ủ yếm khí bán liên tục điều kiện in vitro; thử nghiệm ứng dụng ủ biogas polyethylene (PE) nơng hộ điều kiện in vivo 1.4 Những đóng góp luận án - Đã xác định tiền xử lý nước thải sau biogas nước bùn đáy ao phương pháp tiền xử lý đơn giản ứng dụng tiền xử lý rơm lục bình giúp đẩy nhanh q trình sinh khí sản lượng khí sinh học điều kiện in vitro - Nghiên cứu cho thấy kích cỡ rơm lục bình từ khơng cắt giảm đến 1cm khơng ảnh hưởng lớn đến khả sinh khí vật liệu điều kiện in vitro - Đã xác định tỷ lệ phối trộn 50% - 60% rơm với 50% phân heo có tổng lượng khí tích dồn cao tỷ lệ phối trộn khác Đối với lục bình tỷ lệ phối trộn 40% - 60% điều kiện in vitro - Nghiên cứu cho thấy sử dụng rơm lục bình làm ngun liệu nạp bổ sung với tỷ lệ 50% (tính theo VS) quy mơ nơng hộ túi ủ polyethylene khơng ảnh hưởng đến khả sinh khí, hiệu suất túi so với túi ủ truyền thống nạp hồn tồn phân heo 1.5 Ý nghĩa thực tiễn Kết nghiên cứu cho thấy sử dụng rơm lục bình để sản xuất khí sinh học mơ hình túi ủ polyethylene (PE) điều kiện thiếu hụt nguồn ngun liệu nạp Kết nghiên cứu áp dụng điều kiện thực tế giúp mơ hình khí sinh học trì ổn định tận dụng nguồn sinh khối để tạo nguồn lượng (biogas) -2- Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu - Phỏng vấn nơng hộ trồng lúa lượng dư thừa rơm, biện pháp xử lý rơm thu mẫu rơm, lúa ước tính lượng rơm phát sinh; - Bố trí thí nghiệm theo dõi tăng trưởng lục bình thủy vực phổ biến nơng hộ; - Bố trí thí nghiệm theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ điều kiện in vitro để xác định ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý, kích cỡ rơm lục bình, tỷ lệ phối trộn lên hiệu suất sinh khí chất lượng khí sinh học; - Thực thí nghiệm đánh giá khả sản xuất khí sinh học rơm lục bình theo phương pháp nạp bán liên tục điều kiện in vitro; - Đánh giá khả sử dụng rơm lục bình ủ yếm khí bán liên tục – thử nghiệm túi ủ biogas polyethylene (PE) nơng hộ điều kiện in vivo 2.2 Phƣơng pháp thực 2.2.1 Khảo sát lƣợng dƣ thừa rơm biện pháp xử lý rơm phổ biến đồng sơng Cửu Long: Phỏng vấn 400 hộ trồng lúa An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp thành phố Cần Thơ phiếu vấn soạn sẵn Thu mẫu xác định tỷ lệ rơm lúa thực tỉnh/thành phố, địa điểm tiến hành thu 25 mẫu rơm, hạt (rơm nghiên cứu phần sinh khối lúa từ gốc trở lên, khơng bao gồm phần rễ) Sau xác định trọng lượng tươi, tồn mẫu đưa phòng thí nghiệm Khoa Mơi trường Tài ngun Thiên nhiên để xác định trọng lượng khơ 2.2.2 Khảo sát phát triển lục bình thủy vực khác Thí nghiệm khảo sát tăng trưởng lục bình thực bốn thủy vực khác gồm sơng, kênh dẫn nước, ao ni cá mương vườn ấp Mỹ Phụng, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ Mỗi thủy vực bố trí thí nghiệm với diện tích 2m x 2m, bố trí 10 lục bình Trọng lượng tươi lục bình xác định theo chu kỳ ngày/lần thu liên tục tuần Sau kết thúc thí nghiệm lục bình thu mẫu để xác định trọng lượng khơ -3- 2.2.3 Xác định ảnh hƣởng phƣơng pháp tiền xử lý kích cỡ rơm lục bình lên hiệu suất sinh khí chất lƣợng khí sinh học a) Xác định ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý rơm lục bình Dựa vào điều kiện thực tế nơng hộ vùng đồng sơng Cửu Long, nghiên cứu chọn 04 loại nước để tiền xử lý vật liệu gồm nước máy (1); nước thải biogas (2); nước bùn đáy ao (3) nước ao (4) Đây nguồn nước sẵn có điều kiện nơng hộ sử dụng để tiền xử lý vật liệu nhằm đẩy nhanh q trình thủy phân đồng thời bổ sung nguồn vi sinh vật ban đầu cho q trình phân hủy yếm khí Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với nghiệm thức, nghiệm thức bố trí lần lặp lại với tỷ lệ phối trộn rơm với phân heo lục bình với phân heo 50:50 (%), với kích cỡ vật liệu nạp 10 cm Thí nghiệm thực theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ với thể tích ủ 17 L Ngun liệu nạp cho bình ủ tính tốn dựa hàm lượng chất rắn bay (VS), tỷ lệ ngun liệu nạp tính tốn cho thí nghiệm 1g VS.L-1.ngày-1 b) Xác định ảnh hưởng kích cỡ rơm lục bình Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên điều kiện phòng thí nghiệm với nghiệm thức nghiệm thức lặp lại lần với loại vật liệu bao gồm rơm (gồm kích thước cm, 10 cm, 20 cm khơng cắt), lục bình (gồm kích thước cm, 10 cm, 20 cm khơng cắt) phân heo Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên bình ủ 21 lít Rơm lục bình phối trộn với phân heo theo tỷ lệ 50:50 (%VS) theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ Lượng khí sinh hàng ngày mẻ ủ trữ túi nhơm để xác định tổng thể tích khí nồng độ khí CH4 2.2.4 Xác định ảnh hƣởng tỷ lệ phối trộn phân heo, rơm lục bình lên hiệu suất sinh khí biogas chất lƣợng biogas Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 13 nghiệm thức tỷ lệ nạp ngun liệu rơm lục bình phối trộn với phân heo khác Ngun liệu nạp tính tốn sở VS cho 45 ngày nạp, lượng VS chứa bình 765 g VS theo dõi liên tục 60 ngày Trước tiến hành ủ yếm khí, rơm lục bình tiền xử lý nước thải biogas ngày, ngày ngun liệu trộn Các yếu tố mơi trường mẻ ủ gồm pH, nhiệt độ oxy hóa khử đo trực tiếp bình ủ vào ngày Tổng thể tích khí thành phần khí sinh học tiến hành đo đạc ghi nhận hàng ngày -4- 2.2.5 Đánh giá khả sản xuất khí sinh học rơm lục bình thí nghiệm ủ theo phƣơng pháp bán liên tục Thí nghiệm bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 10 nghiệm thức rơm phối trộn với phân heo (100%; 50% + 50%), lục bình phối trộn phân heo (100%; 50% + 50%) 100% PH khuấy trộn khơng khuấy trộn Mỗi nghiệm thức lặp lại lần ủ yếm khí bán liên tục với thể tích ủ 50 L Ngun liệu nạp tính tốn sở VS với gVS.m-3.ngày-1, lượng VS nạp vào hệ thống ngày 50 g, với thời gian lưu tồn 30 ngày Khuấy trộn thực lần ngày với thời gian khuấy trộn phút Rơm lục bình tiền xử lý trước ngày nước thải biogas trước nạp vào hệ thống Các yếu tố mơi trường mẻ ủ gồm pH, nhiệt độ oxy hóa khử đo đạc hàng ngày Hàm lượng a-xít béo bay (VFAs) thu đo đạc theo chu kỳ ngày/lần Tổng thể tích khí thành phần khí sinh học tiến hành đo đạc ngày 2.2.6 Đánh giá khả sử dụng rơm lục bình ủ yếm khí bán liên tục - ứng dụng túi ủ biogas polyethylene với quy mơ nơng hộ Nghiên cứu bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với nghiệm thức túi nhựa PE - túi biogas phổ biến đồng sơng Cửu Long, với đường kính 0,86 m, chiều dài 10 m Ngun liệu nạp tính tốn sở VS với kgVS.m-3.ngày-1, hàng ngày lượng VS nạp vào hệ thống 4,24 kg Thời gian lưu nước cho hệ thống 30 ngày Ngun liệu tiền xử lý nước thải sau túi ủ biogas ngày trước tiến hành ủ yếm khí pH túi ủ đo đạc hàng ngày đầu vào đầu hệ thống Hàm lượng VFAs thu đầu vào đầu hệ thống theo chu kỳ ngày/lần Thể tích khí sinh thành phần khí đo đạc theo chu kỳ ngày/lần -5- Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ƣớc tính lƣợng rơm dƣ thừa số biện pháp xử lý rơm đồng sơng Cửu Long Kết khảo sát trình bày Bảng 3.1 cho thấy có biện pháp xử lý rơm người dân lựa chọn là: đốt rơm đồng, vùi đất, trồng nấm, bán, chăn ni cho rơm Ở vụ Đơng Xn có hình thức xử lý rơm đốt rơm, trồng nấm, bán cho rơm Trong đó, có 98,23% số hộ khảo sát đốt rơm sau thu hoạch, 0,99% trồng nấm, 0,73% hộ bán rơm 0,06% hộ cho rơm Kết nghiên cứu cho thấy đốt rơm biện pháp sử dụng phổ biến vụ Đơng Xn Bảng 3.1: Các hình thức xử lý rơm phổ biến qua mùa vụ Đơng xn Hè Thu Hình thức Diện tích Tỷ lệ Diện tích Tỷ lệ xử lý (ha) (%) (ha) (%) Bán 6,24 0,73 10,92 1,27 Đốt 842,31 98,23 768,98 89,67 Trồng nấm 8,45 0,99 10,79 1,26 Vùi ruộng 57,01 6,65 Cho 0,52 0,06 9,69 1,13 Chăn ni 0,13 0,02 Bỏ ruộng - Thu Đơng Diện tích Tỷ lệ (ha) (%) 25,03 2,92 463,89 54,1 69,81 8,14 223,78 26,1 14,11 1,65 3,12 0,36 57,78 6,74 Kết ước tính lượng rơm dư thừa đồng ruộng cần phải xử lý đồng sơng Cửu Long năm 2011 vào khoảng 26,23 triệu tấn/năm, khoảng 20,9 triệu tấn/năm người dân đốt Kết điều tra cho thấy đa số nơng dân có khuynh hướng giữ ngun tập qn đốt rơm năm Bảng 3.2: Sản lượng lúa ước tính lượng rơm phát sinh Vụ Thu Đơng Vụ Đơng Xn Địa điểm Sản lượng Lượng Sản lượng Lượng lúa* rơm lúa* rơm Kiên Giang Đồng Tháp Cần Thơ An Giang ĐBSCL 0,20 0,02 1,62 0,20 0,03 1,88 1,99 1,48 0,64 1,77 10,48 1,96 1,36 0,82 2,26 11,70 Năm 2011 Sản lượng Lượng lúa* rơm 3,94 3,10 1,29 3,84 23,19 3,94 2,86 1,68 4,78 26,23 Ghi chú: Đơn vị tính: triệu tấn; (*) Sản lượng lúa dựa theo Tổng cục Thống kê Bên cạnh lượng rơm dư thừa đồng sơng Cửu Long lục bình nguồn sinh khối dồi Nếu rơm có tập trung vào thời gian thu hoạch lúa lục bình vật liệu sẵn có hầu hết nơng hộ vùng đồng sơng Cửu Long Do đó, lục bình nguồn sinh khối tiềm có khả ứng dụng để sản xuất khí sinh học Trong trường hợp thiếu hụt nguồn ngun liệu nạp lục bình sử dụng để bổ sung cho túi ủ/hầm ủ nhằm trì tính ổn định mơ hình khí sinh học Do đó, cần có nghiên cứu tận dụng tăng trưởng sinh khối nhanh -6- lục bình để bổ sung cho túi ủ điều kiện thiếu hụt nguồn ngun liệu nạp mà khơng cần phải tốn nhiều nhân cơng việc thu gom 3.2 Khảo sát phát triển lục bình thủy vực khác Khối lượng vật chất khô (gDM/m ) Kết nghiên cứu cho thấy trọng lượng tươi LB bố trí thí nghiệm dao động khoảng từ 0,41 – 0,44 kg/m2 đạt 1,3 – 6,9 kg/m2 sau tuần Sự gia tăng trọng lượng LB sau tuần kênh dẫn nước, ao ni cá mương vườn cao với trọng lượng vật chất khơ 634, 804 603 gDM/m2 Trong lục bình sơng đạt 162 gDM/m2 (Hình 3.1) 1000 800 600 Sông Kênh Ao nuôi cá Mương a b ab 400 200 c ns TL ban đầu TL kết thúc Hình 3.1: Sự tăng trưởng trọng lượng lục bình loại hình thủy vực Ghi chú: cột có mẫu tự giống khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan Qua kết nghiên cứu tăng trưởng lục bình cho thấy, trung bình lượng DM lục bình gia tăng 19,1 g.m-2.ngày-1 thủy vực ao, thành phần VS lục bình chiếm 83,6 % TS (Carina and Cecilia, 2006), trung bình lượng VS gia tăng từ 16 g.m-2.ngày-1 Với suất sinh khí lục bình dao động từ 200 – 300 L.kgVS-1 (O’Sullivan et al., 2010; Rajendran et al., 2012) tăng trưởng lục bình cung cấp từ 3,2 – 4,8 L khí sinh học.m-2.ngày-1 Nếu hộ gia đình người với nhu cầu đun nấu từ khí sinh học 300 – 500 L.ngày-1, với diện tích từ 62 – 156 m2 lục bình cung cấp lượng khí sinh học đủ dùng cho hộ gia đình 3.3 Xác định ảnh hƣởng phƣơng pháp tiền xử lý sinh học kích thƣớc vật liệu rơm lục bình lên hiệu suất sinh khí biogas 3.3.1 Ảnh hưởng phương pháp tiền xử lý rơm lục bình a Thể tích khí mê-tan tích dồn Kết nghiên cứu cho thấy tổng thể tích khí mê-tan tích dồn 60 ngày nghiệm thức rơm dao động từ 63,1 đến 111,3 lít (Hình 3.2) Trong nghiệm thức 100% phân heo cho tổng lượng khí tích dồn thấp (63,1 lít) Tất -7- nghiệm thức tiền xử lý có tổng thể tích khí tích dồn cao nghiệm thức 100% phân heo (p
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình (TT) , Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình (TT) , Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình (TT)

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nạp tiền Tải lên
Đăng ký
Đăng nhập