Trần Sỹ Nam * , Kjeld Ingvorsen , Lê Hoàng Việt , Nguyễn Hữu Chiếm , Nguyễn Võ Châu Ngân Nguyễn Phương Chi

* Tác giả liên hệ (tsnam@ctu.edu.vn)

Abstract

This study was performed based on anaerobic batch experiment in 60 days with biological pre-treatment water hyacinth methods such as (i) biogas digester effluent, (ii) dark anoxic sediment, (iii) ditch water, and (iv) tap water and 100% pig manure. The results indicated that pre-treated water hyacinth by dark anoxic sediment could speed up biogas process and have greater daily biogas production capacity than that of pre-treated with tap water, biogas digester effluent and ditch water. On the 30th day, the cumulative biogas production of water hyacinth pre-treated by dark anoxic sediment, biogas digester effluence was greater than other pre-treatment methods (p<0,05). On 60th day, the cumulative biogas production of water hyacinth pre-treated by dark anoxic sediment, biogas digester effluence and tap water was not significantly different, but it is significantly different with the experiment of ditch water and 100% of pig manure (p<0.05). Biogas produced from the day 6th to 20th accounted for more than 40% of the total. The concentration of methane was low in the first week, increased in the week after and then remained stable at the rate of greater than 50%. The methane concentration was not significantly different among pre-treatment methods. Biogas yielded from all treatments ranged from 436-723L/kgVSdegraded. The results showed that water hyacinth pre-treated with dark anoxic sediment and biogas digester effluent could enhance biogas production.
Keywords: Water hyacinth, biological pre-treatment, anaerobic digestion, co-digestion, biogas

Tóm tắt

Thí nghiệm được thực hiện theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ trong 60 ngày với các phương pháp tiền xử lý lục bình bằng (i) nước thải biogas, (ii) nước bùn đen, (iii) nước ao, (iv) nước máy và nghiệm thức 100% phân heo. Kết quả nghiên cứu cho thấy lục bình tiền xử lý bằng nước bùn đen giúp quá trình sinh khí diễn ra nhanh hơn và lượng biogas sinh ra hàng ngày cao hơn so với tiền xử lý bằng nước máy, nước thải biogas và nước ao. Ở thời điểm 30 ngày, lượng khí tích dồn của các bình ủ tiền xử lý bằng bùn đen và nước thải biogas cao hơn các nghiệm thức tiền xử lý khác (p<0,05). Lượng khí biogas tích dồn sau 60 ngày không có sự khác biệt giữa các phương pháp tiền xử lý bằng nước bùn đen, nước biogas và nước máy, nhưng cao hơn nước ao và 100% phân heo (p<0,05). Lượng khí biogas sinh ra tập trung vào giai đoạn từ ngày 6 đến ngày 20, chiếm hơn 40% tổng lượng khí. Nồng độ mê-tan trong tuần đầu tiên thấp sau đó tăng dần, giữ ổn định trên 50% và không có sự biến động lớn giữa các phương pháp tiền xử lý. Năng suất sinh khí của các nghiệm thức dao động từ 436 - 723 L.kgVSphân hủy-1. Kết quả nghiên cứu cho thấy tiền xử lý lục bình bằng nước bùn đen và nước thải từ biogas có khả năng thúc đẩy nhanh quá trình tạo khí sinh học.
Từ khóa: Lục bình, tiền xử lý sinh học, ủ yếm khí, ủ yếm khí kết hợp, khí sinh học

Article Details

Tài liệu tham khảo

Budiyano,I.N, Widiasa, S. Johari. and Sunarso., 2010. The kinetic of biogas production rate from cattle manure in batch mode. International Journal of Chemical and Biomolecular Engineering 3 (1): 39-44.

Chanakya, H.N., S. Borgaonkar., G. Meena. and K.S. Jagadish, 1993. Solidphase biogas production with garbage or water hyacinth. Bioresource Technology. 46: 227-231.

Chandra, R., H. Takeuchi. And T. Hasegawa, 2012. Hydrothermal pretreatment of rice straw biomass: a potential and promising method for enhanced methane production. Journal of Applied Energy 2012. 49: 129 – 140.

Francesco, F. and B. Cinzia, 2009. Biogas production from different substrates in an experimental Continuously Stirred Tank Reactor anaerobic digester. Bioresource Technology. 100: 5783-5789.

Gunnersson, C.G. and D.C. Stuckey, 1986. Anaerobic Digestion, Principles and Practice for Biogas Systems. Integrated Resource Recovery Series 5. National Oceanic and Atmospheric Administration, US Department of Commerce. The World Bank.

Lee, S. J., 2008. Relationship between Oxidation Reduction Potential (ORP) and Volatile Fatty Acid (VFA) Production in the Acid-Phase Anaerobic Digestion Process. Master thesis. The University of Canterbury New Zealand, New Zealand.

Lei, Z., J. Chen, Z. Zhang. And N. Sugiura, 2010. Methane production from rice straw with acclimated anaerobic sludge: effect of phosphate supplementation. Bioresource Technology 2010, 101(12):4343-8.

Madamwar, D., A. Patel. And V. Patel, 1991. Effects of various surfactants on anaerobic digestion of water hyacinth-cattle dung. Bioresource Technology. 37: 157–160.

Mahvi, A. H., A. Maleki. and A. Eslami, 2004. Potential of rice husk and rice husk ash for phenol removal in aqueous systems. American Journal of Applied Sciences 2004;1(4): 321–6.

Moorhead, K.K. and R.A. Nordstedt, 1993. Batch anaerobic digestion of water hyacinth: effects of particle size, plant nitrogen content, and inoculum volume. Bioresource Technology 44 (1): 71-76.

Ngan, N.V.C., 2012. Promotion of Biogas Plant Application in the Mekong Delta of Vietnam. Dissertation, PhD thesis, Braunschweig University of Technology. Braunschweig – Germany.

Nguyễn Văn Thu, 2010. Kết quả bước đầu khảo sát sử dụng các loại thực vật để sản xuất khí sinh học (Biogas). Kỷ yếu khoa học: Khép kín các quá trình tuần hoàn dinh dưỡng về chất cơ bản vô hại đến vệ sinh từ các hệ thống thủy lợi phi tập trung ở đồng bằng sông Mêkông (SANSED II). Nhà xuất bản Đại học Cần Thơ (tháng 1/2010): 88-92.

Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê Hoàng Việt, Nguyễn Đắc Cử và Nguyễn Hữu Phong, 2011. So sánh khả năng sinh khí của mẻ ủ yếm khí bán liên tục với các nguyên liệu nạp khác nhau khi có và không có nấm Trichoderma. Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ. 20: 21-38.

Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn Trường Thành, Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trí Ngươn, Lê Ngọc Phúc và Nguyễn Trương Nhật Tân, 2012. Khả năng sử dụng lục bình và rơm làm nguyên liệu nạp bổ sung cho hầm ủ biogas. Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ. 22a: 213-221.

Raja, S.A., C.L.R. Lee. and I.J. Chem, 2012. Biomethanation of water hyacinth using additives under forced mixing in a bio reactor. 2: 15 – 28.

Ren, N.Q. and A.J. Wang., 2004. The Method and Technology of Anaerobic Digestion. Chemical industry Press, page no 30–31.

Zeikus, J. G, 1977. The biology of methanogenic bacteria. Journal of Bacteriological Reviews 41 (2): 514-41.