Sản xuất khí sinh học từ cây hướng dương (helianthus annuus l.) sau khi dùng để xử lý đất bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặng

Hiệu quả của quá trình làm sạch môi trường bằng thực vật không nằm trong phạm vi của bài viết. Năng suất khí sinh học và mêtan thu được từ vật chất thực vật sau quá trình xử lý ô nhiễm đất là mục tiêu được chú trọng nhất của nghiên cứu này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sản xuất khí sinh học từ cây hướng dương (helianthus annuus l.) sau khi dùng để xử lý đất bị nhiễm bẩn bởi kim loại nặngHỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LẦN THỨ 4SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC TỪ CÂY HƯỚNG DƯƠNG(HELIANTHUS ANNUUS L.) SAU KHI DÙNG ĐỂ XỬ LÝĐẤT BỊ NHIỄM BẨN BỞI KIM LOẠI NẶNGCHU THỊ THU HÀViện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vậtKim loại nặng có thể gây nguy hại cho sinh vật ngay ở hàm lượng thấp và có xu hướngkhuếch đại sinh học trong chuỗi thức ăn do tính chất không bị phân hủy sinh học của nó. Mộttrong những nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng cho môi trường là việc khaithác các mỏ khoáng sản. Hậu quả là tình tr ạng ô nhiễm/nhiễm bẩn kim loại nặng và nước axítcho cả khu vực rộng lớn. Hướng dương (Helianthus annuus L.) là loài thực vật được đánh giá làcó khả năng loại bỏ kim loại nặng trong môi trường sống, đặc biệt là urani. Vấn đề đặt ra là saukhi dùng thực vật để làm sạch môi trường bị ô nhiễm bởi kim loại nặng thì các vật chất còn lạicủa thực vật sẽ được xử lý ra sao? Hướng dương được xếp vào danh mục loài cây trồng nănglượng, được dùng cho các quá trình sản xuất năng lượng sinh học. Sản xuất và tiêu thụ khí sinhhọc được đánh giá là các quá trình cân bằng khí cacbon điôxít - một loại khí thải gây hiệu ứngnhà kính - vì hoạt động vật chất của vòng tuần hoàn liên tục giữa cây trồng/thức ăn động vật →phân động vật → khí sinh học. Sự kết hợp giữa công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại nặng trongđất và sản xuất khí sinh học từ cùng một nguồn nguyên liệu là thực vật sẽ góp phần tiết kiệm chiphí tài chính và giảm thiểu ô nhiễm, đồng thời mang lại lợi ích về năng lượng sinh học. Hiệuquả của quá trình làm sạch môi trường bằng thực vật không nằm trong phạm vi của bài viết.Năng suất khí sinh học và mêtan thu được từ vật chất thực vật sau quá trình xử lý ô nhiễm đất làmục tiêu được chú trọng nhất của nghiên cứu này.I. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU1. Đối tượng nghiên cứu : Là Cây hướng dương (Cây quỳ, Hoa mặt trời), tên khoa họcHelianthus annuus L. thuộc họ Cúc (Asteraceae).2. Địa điểm nghiên cứu : Khu vực khai thác urani trước kia tại Ronneburg, Thuringia,Cộng hòa Liên bang Đức được biết là một nguồn cung cấp urani rất lớn, với hơn 113000 tấnurani đã được khai thác từ năm 1946 đến năm 1990. Khu vực này đã được công ty Wismut xửlý ô nhiễm từ những năm 90 của thế kỉ trước nhưng ngày nay sự nhiễm bẩn kim loại nặng ở đóvẫn là mối quan tâm của các nhà khoa học do nguy cơ ảnh hưởng đến cây trồng. Mẫu Hướngdương thu hoạch tại đây được mang về phòng thí nghiệm ở Viện Quản lý Chất thải và Xử lýCác vùng Ô nhiễm - trường Đại học Tổng hợp Kỹ thuật Dresden tiến hành lên men yếm khí tạokhí sinh học.3. Phương pháp nghiên cứuBố trí thí nghiệm trồng cây: Tại khu vực nghiên cứu ở Ronneburg, 100 m3 đất được đào lên(10 m x 10 m x 1 m), làm đồng nhất bằng cơ học rồi đổ trở lại để khắc phục hiện trạng quá khácbiệt về hàm lượng kim loại nặng trong đất. Hoa hướng dương được gieo trồng từ tháng 4/2009và 4/2010 và thu hoạch vào tháng 9/2009 và 9/2010.Bố trí thí nghiệm lên men tạo khí sinh học: Cây hướng dương sau khi dùng để hấp thụnhôm và kim loại nặng trong đất được thu hoạch ở giai đoạn trưởng thành. Các bộ phận trênmặt đất của Cây hướng dương tươi được cắt nhỏ đến kích thước < 8 mm bằng máy cắt1506HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC VỀ SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LẦN THỨ 4Retsch SM 2000. Sau đó mẫu cây này được dùng làm nguyên liệu cho các quá trình lên menyếm khí cùng với dung dịch phân bò - nguồn chứa sẵn các loài vi sinh vật (Bảng 1).Bảng 1Các công thức lên men tạo khí sinh họcNăm20092010Nồi phản ứng (R)R1 (Phân 1)R2 (HD 1)R3 (Phân 2)R4 (HD 2)Nguyên liệuPhân 100% (4 kg)Phân + Hướng dương (4 kg + 240,26g)Phân 100% (1,6 kg) (2 lần lặp lại)Phân + Hướng dương (1, 6 kg + 86,58 g) (2 lần lặp lại)Khối lượng nguyên liệu phân và hoa Hướng dương trong các nồi lên men chung được tínhdựa trên thành phần chất rắn bay hơi (VS) với tỉ lệ khối lượng VS của phân : VS của cây hoahướng dương là 2.3:1 (2009) và 2.5:1 (2010). Những giá trị về tỉ lệ này nằm trong khoảng tỉ lệtheo hướng dẫn của VDI 4630 (2006). Thiết bị sử dụng cho quá trình lên men là hệ thống cácnồi phản ứng BIOGASOMAT 3 / 5000 MT do công ty Lehmann sản xuất. Nhiệt độ và tốc độkhuấy của hệ thống được duy trì ở 38oC ± 1oC và 50 vòng quay/1 phút. Do nhiệt độ lên menđược duy trì thấp nên sự bay hơi của các kim loại nặng lên khí sinh học được cho là không xảyra. Thời gian lưu của quá trình lên men yếm khí là 70 ngày (2009) và 34 ngày (2010). Thànhphần của khí sinh học thu được trong các túi pôliêtilen mạ nhôm được đo bằng thiết bị Visit 03nối với máy bơm và máy đo thể tích.Xử lý mẫu và phân tíchMẫu phân và mẫu bã còn lại sau lên men được làm đồng nhất, sau đó được ly tâm. Phầnchất lỏng được lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh (kích thước lỗ 1 µm) và giấy lọc xenlulô axêtát(kích thước lỗ 0,2 µm) bằng cách sử dụng phễu lọc Büchner với bơm hút ...