đánh giá khả năng sinh khí biogas cửa rễ thân lá lục bình phối trộn phân heo trong phòng thí nghiệm

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN







CAO VĂN HIỆP

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG


ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH KHÍ BIOGAS
CỦA RỄ, THÂN, LÁ LỤC BÌNH (Eichhornia
crassipes) PHỐI TRỘN PHÂN HEO TRONG
PHÒNG THÍ NGHIỆM


GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TRẦN SỸ NAM


Cần Thơ, 12/2013

2
PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG

Luận văn kèm theo đây, với tựa đề là “Đánh giá khả năng sinh khí biogas
của rễ, thân và lá lục bình (Eichhornia crassipes) phối trộn phân heo trong điều
kiện phóng thí nghiệm” do
Cao Văn Hiệp thực hiện và báo cáo đã được hội đồng
chấm luận văn thông
qua.







PGS.TS. Bùi Thị Nga PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm









TS. Nguyễn Xuân Lộc




3
LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Sỹ Nam, thầy
Nguyễn Võ Châu
Ngân đã cung cấp những kinh nghiệm cũng như kiến thức
chuyên môn và tận tình hướng dẫn, luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn toàn thể quý thầy, cô thuộc bộ môn Khoa học Môi
trường nói riêng và toàn thể quý thầy, cô khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên
nhiên đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ trong quá trình thực hiện đề tài.
Lời tiếp theo xin cám ơn chị Nguyễn Thị Thùy đã tận tình hướng dẫn,
cùng toàn thể bạn bè trong nhóm biogas đã giúp đỡ và chia sẽ công việc cũng như
khinh nghiệm cho nhau.
Xin gửi lời cảm ơn thân ái nhất đến các bạn lớp Khoa học Môi trường
K36 đã giúp đỡ, ủng hộ, động viên trong suốt thời gian học tập và trong thời gian
thực hiện luận văn.
Sau cùng tác giả xin chân thành cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến gia đình
đã giúp đỡ và động viên tinh thần cho tác giả hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Trân trọng cảm ơn!
Cần Thơ ngày 09 tháng 12 năm 2013
Sinh viên thực hiện

4
TÓM LƯỢC
Đề tài “Đánh giá khả năng sinh khí biogas của rễ, thân, lá lục bình
(Eichhornia crassipes) phối trộn phân heo trong phòng thí nghiệm” được thực
hiện nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của rễ, thân, lá lục bình phối trộn phân heo
lên khả năng sinh khí biogas. Thí nghiệm được bố trí theo mẻ hoàn toàn ngẫu nhiên
với các nghiệm thức rễ, thân, lá và rễ - thân – lá lục bình; các mẻ ủ được theo dõi
liên tục trong 45 ngày. Mỗi nghiệm thức đều được bố trí với 3 lần lặp lại với bình ủ
21 lít trong điều kiện phòng thí nghiệm. Các thông số thể tích biogas sinh ra, thành

phần biogas và các yếu tố môi trường mẻ ủ như pH, nhiệt độ, redox được theo dõi
hằng ngày; các thông số VS, TS, C/N, TKN, TP, fecal coliform, tổng vi sinh vật
yếm khí được phân tích khi bắt đầu và kết thúc quá trình ủ. Kết quả nghiên cứu cho
thấy tỉ lệ C/N của hỗn hợp ủ trong thí nghiệm dao động trong khoảng 20,7/1 ÷
24,1/1 thích hợp cho quá trình lên men yếm khí. Các thông số môi trường kiểm soát
quá trình ủ đều nằm trong khoảng thuận lợi cho quá trình sinh khí: nhiệt độ dao
động từ 26,7
o
C ÷ 30,6
o
C, pH dao động từ 6,5 ÷ 7,3, thế oxy hóa khử dao động từ
311 ÷ -155 mV. Nghiệm thức thân là nghiệm thức cho tổng thể tích tích dồn khí
CH
4
cao nhất, kế đến là nghiệm thức lá, rễ - thân - lá và thấp nhất là nghiệm thức rễ
. Hàm lượng khí methane của các nghiệm thức dao động từ 4,3% đến 50,7%. Hàm
lượng khí methane ở giai đoạn đầu khá thấp sau đó tăng dần và ổn định kể từ tuần
thứ 2 trở đi ở mức trên 40%. Năng suất sinh khí methane của nghiệm thức thân là
cao nhất (257,41 L CH
4
/kg VS
phân hủy
), kế tiếp là nghiệm thức lá (228,81 L CH
4
/kg
VS
phân hủy
), nghiệm thức rễ - thân – lá (224,22 L CH
4
/kg VS

phân hủy
) và thấp nhất là
nghiệm thức rễ (145,96 L CH
4
/kg VS
phân hủy
), không có sự khác biệt giữa hai nghiệm
thức lá và nghiệm thức rễ - thân – lá, nhưng khác biệt với nghiệm thức rễ và thân.
Hàm lượng dinh dưỡng của mẻ ủ sau thí nghiệm vẫn còn cao: TKN từ 762,53 ÷
999,6 mg/L, TP từ 678,5 ÷ 983,1 mg/L.
Từ khóa: biogas,metan, lục bình, phân heo, ủ yếm khí theo mẻ.


5

MỤC LỤC
Trang
PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM LƯỢC iii
MỤC LỤC iv
DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
vii
DANH SÁCH HÌNH viii
DANH SÁCH BẢNG ix
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU 1
CHƯƠNG 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ BIOGAS 3
2.1.1 Khái niệm biogas 3
2.1.2 Thành phần khí biogas 3

2.1.3 Vai trò của biogas trong đời sống 4
2.1.4 Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học 5
2.2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN YẾM KHÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ 7
2.2.1 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí 7
2.2.2 Quá trình phát triển của vi khuẩn yếm khí 7
2.2.3 Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí 9
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí 11
2.3 Sơ lược về cây lục bình (Eichhornia crassipes) 18
2.3.1 Phân loại 18
2.3.2 Nguồn gốc 19
2.3.3 Đặc điểm hình thái 19
2.3.4 Thành phần hóa học của lục bình 20
2.3.5 Đặc điểm sinh trưởng và sinh sản 21
2.3.6 Khả năng sử dụng lục bình cho sản xuất khí sinh học 21

6
2.4 Sơ lược về phân heo 22
2.5 Một số nghiên cứu về khả năng sinh khí của lục bình (Eichhornia crassipes) 23
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25
3.2 Phương tiện nghiên cứu 25
3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm 25
3.2.2 Thiết bị sử dụng trong phân tích 26
3.3 Phương pháp nghiên cứu 26
3.3.1 Chuẩn bị nguyên liệu 26
3.3.2 Tiền xử lý nguyên liệu 27
3.3.3 Bố trí thí nghiệm 27
3.3.4 Phương pháp thu mẫu và phân tích 28
3.4 Phương pháp tính toán và xử lư số liệu 29
3.4.1 Phương pháp tính toán 29

3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu 31
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU NẠP 32
4.2 MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG MẺ Ủ YẾM KHÍ 33
4.2.1 Nhiệt độ 33
4.2.2 Giá trị pH của mẻ ủ 34
4.2.3 Hiệu điện thế oxy hóa khử (redox) 34
4.3 KHẢ NĂNG SINH KHÍ CỦA MẺ Ủ 36
4.3.1 Lượng khí CH
4
sinh ra trong 45 ngày 36
4.3.2 Tổng thể tích khí CH
4
tích dồn 37
4.4 Thành phần khí sinh học của các nghiệm thức 38
4.4.1 Phần trăm khí methane 38
4.4.2 Nồng độ khí CO
2
40
4.4.3 Năng suất sinh khí metan của các nghiệm thức 41
4.5 Chất lượng đầu ra của mẻ 41

7
4.5.1 TP (Tổng photpho) 41
4.5.2 Hàm lượng tổng nitơ Kjeldahl 42
4.5.3 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 43
4.6 Vi sinh vật trong mẻ ủ 44
4.6.1 Tổng coliform và Fecal coliform 44
4.6.2 Tổng vi sinh vật yếm khí 46
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VẢ KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

8
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
C Carbon Cacbon
C/N
Carbon/Nitrogen Tỉ lệ cacbon/nitơ
Ca
Canxi
CH
4
Khí methane
ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long
HRT Hydraulic Retention Time Thời gian tồn lưu
K Kali
KSH
Khí sinh học
Mg Magie
N Nitơ
N
2
Khí nitơ
Na
Natri
NT Nghiệm thức
O
2
Khí oxy

VS Volatile Solids
Chất rắn dễ bay hơi
TS Total Solids Tổng chất rắn
P Photpho
TKN Total Kjeldahl Nitrogen Tổng nitơ Kjeldahl
TP
Total Phosphorus Tổng photpho
VACB Vườn - ao - chuồng - biogas
VSV Vi sinh vật
FMD Lở mồm long móng
PRRS Rối loạn hô hấp và sinh sản
NXB Nhà xuất bản

9

DANH SÁCH HÌNH
Hình Tên hình
Trang
2.1 Sự phát triển của vi sinh vật trong lên men methane 8
2.2 Ba giai đoạn của quá tình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ 9
2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ 12
2.4 Mối quan hệ giữa các chất và các điện tử được thể hiện qua giá trị redox 13
2.5 Sự phân lớp trong dịch ủ methane 15
2.6 Cây Lục bình (Eichhornia crassiper) 19
3.1 Mô hình bình ủ theo mẻ của thí nghiệm 25
3.2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 28
4.1 Diễn biến nhiệt độ của các nghiệm thức thí nghiệm trong 45 ngày 33
4.2 Diễn biến pH của các nghiệm thức thí nghiệm trong 45 ngày 34
4.3 Diễn biến hiệu điện thế oxy hóa khử (redox) 35
4.4 Thể tích CH

4
sinh ra trong 45 ngày thí nghiệm 37
4.5 Tích dồn thể tích khí methane của các nghiệm thức trong thí nghiệm 48
4.6 Phần trăm khí methane của các nghiệm thức trong thí nghiệm 39
4.7 Phần trăm CH
4
sinh ra từ ngày 1 – 10, 11 – 20, 21 -30, 31 - 45 40
của thí nghiệm
4.8 Phần trăm khí CO
2
sinh ra hằng ngày ở các nghiệm thức 40
4.9 Năng suất sinh khí của các nghiệm thức 41
4.10 Hàm lượng tổng photpho đầu vào và đầu ra của của các nghiệm thức 42
4.11 Hàm lượng nitơ đầu vào và đầu ra của của các nghiệm thức 43
4.12 COD đầu vào và đầu ra của các nghiệm thức 44
4.13 Tổng coliform đầu vào, ngày 20 và đầu ra của các nghiệm thức 45
4.14 Fecal Coliform đầu vào, ngày 20 và đầu ra của các nghiệm thức 46
4.15 Tổng vi sinh vật yếm khí đầu vào, ngày 20 và đầu ra của mẻ ủ 47

10
DANH SÁCH BẢNG

Bảng Tên bảng Trang
2.1 Thành phần biogas theo các tài liệu khác nhau 3
2.2 Thành phần biogas ở một số nước khác nhau 4
2.3 Khoảng nhiệt trị của một số nguyên liệu 4
2.4 Đặc tính hoá học cơ bản của các nguyên liệu thực vật 6
2.5 Khả năng sinh khí của một số loại chất thải 6
2.6 Thành phần CH
4

và sản lượng biogas một số nguyên liệu thường gặp 7
2.7 Sản phẩm tạo thành và một số vi khuẩn trong giai đoạn acid hóa 10
2.8 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn methane hóa 11
2.9 Tỉ lệ C/N của một số loại chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật 15
2.10 Tỉ lệ C/N của một số loại chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật 16
2.11 Các cation cộng hưởng, đối kháng của quá trình lên men yếm khí 16
2.12 Một số nhân tố ức chế quá trình sinh khí methane 18
2.13 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của lục bình 20
2.14 So sánh đặc tính hóa học cơ bản của lục bình và các loại thực vật khác 21
2.15 Lượng phân thải trung bình của heo trong 24 giờ 22
2.16 Thành phần hóa học của phân heo có trọng lượng từ 70 ÷ 100 kg 23
3.1 Tính toán khối lượng nạp cho thí nghiệm ủ theo mẻ 27
3.2 Phương tiện và phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong thí nghiệm 29
4.1 Đặc điểm hóa học của nguyên liệu đầu vào 32
4.2 Tỉ lệ C/N đầu vào của từng nghiệm thức sau khi phối trộn 32



11
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nằm ở hạ lưu sông Mê Kông, với diện
tích tự nhiên khoảng 3,94 triệu ha và là vùng sản xuất lương thực và thực phẩm
quan trọng của cả nước. Với thế mạnh là sản xuất gạo, trồng cây ăn quả, chăn nuôi
và đánh bắt thuỷ sản. Trong thời gian qua, ĐBSCL đã đạt được những thành tựu
đáng kể, hàng năm, đã cung cấp hơn 50% sản lượng lương thực và gần 80% lượng
gạo xuất khẩu của cả nước (Tổng cục Thống kê, 2013). Chăn nuôi là một ngành có
vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của ĐBSCL và xoá đói giảm nghèo,
đặc biệt là chăn nuôi heo. Tuy nhiên, chất thải phát sinh từ chăn nuôi heo chưa được
quan tâm đúng mức gây ô nhiễm môi trường và chất lượng đời sống sinh hoạt của

người dân. Từ nhu cầu thực tế, việc tìm ra những mô hình sản xuất sử dụng hiệu
quả nguồn tài nguyên sẵn có của địa phương, thân thiện với môi trường, là việc làm
rất cần thiết. Những năm gần đây, các nghiên cứu về mô hình vườn – ao - chuồng -
biogas (V-A-C-B) được nghiên cứu và phát triển. V-A-C-B được xem là mô hình
sản xuất tổng hợp, mang tính liên hoàn giữa cây trồng, vật nuôi và thuỷ sản, mô
hình này có ý nghĩa rất quan trọng đối với người dân ở ĐBSCL: góp phần tăng thu
nhập, giải quyết công ăn việc làm cho người dân trong những lúc nông nhàn và đặc
biệt góp phần giảm ô nhiễm môi trường từ chất thải chăn nuôi. Hầm ủ biogas không
chỉ xử lý chất thải chăn nuôi một cách vệ sinh, an toàn mà còn tạo ra nguồn nguyên
liệu thay thế chất đốt hỗ trợ nấu ăn, thắp sáng, cung cấp một phần thức ăn cho cá và
phân bón cho cây trồng. Nhưng do việc chăn nuôi heo nhỏ lẻ (4 – 6 con), giá cả bấp
bênh, thời gian nuôi không liên tục và có thể chấm dứt khi thấy nuôi không có lợi
nhuận cao (Nguyễn Võ Châu Ngân, 2012) và đặc biệt tình hình dịch bệnh trên heo
như tiêu chảy heo con, bệnh viêm phổi, lở mồm long móng (FMD), rối loạn hô hấp
và sinh sản (PRRS) …. ngày càng diễn biến phức tạp và tác động mạnh đến số
lượng đàn heo (Lưu Hữu Mãnh et al., 2012). Do vậy, nguyên liệu nạp cho hầm ủ
biogas thường thiếu hụt và không ổn định, dẫn đến hiệu quả sử dụng và khai thác
hầm ủ biogas không cao.
Bên cạnh đó, lục bình (Eichhornia crassipes) là loài cây thuỷ sinh sống hiện
diện trên khắp hệ thống sông ngòi chằng chịt của ĐBSCL, trong điều kiện môi
trường và khí hậu thích hợp năng suất sinh khối lục bình có thể đạt 175 tấn lục bình
khô/ha/năm (Kha Mỹ Khanh,1990 trích từ O.P. Chawla). Việc tắc nghẽn giao thông
thuỷ, giảm tốc độ dòng chảy, gây bồi lắng sông rạch, phân huỷ làm ô nhiễm nguồn
nước… do sự phát triển nhanh chóng của lục bình gây ra. Trong những năm gần
đây, việc sử dụng lục bình làm nguyên liệu nạp cho hầm ủ biogas để sinh khí đang
là đề tài thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học. Theo những tài liệu
trước đây (Nguyễn Võ Châu Ngân, 2012), đã cho thấy lục bình khi phân huỷ có khả

12
năng sinh khí khá tốt đáp ứng được yêu cầu nguyên liệu thay thế cho phân heo

trong quá trình ủ yếm khí của hầm ủ biogas. Tuy nhiên, các nghiên cứu về sản xuất
biogas bằng lục bình chỉ tập trung nghiên cứu phần thân và lá. Trong khi đó phần rễ
của lục bình chiếm tỷ trọng khá cao lại chưa có các nghiên cứu sử dụng.
Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài “Đánh giá khả năng sinh khí biogas
của rễ, thân và lá lục bình (Eichhornia crassipes) phối trộn phân heo trong điều
kiện phòng thí nghiệm” đã được thực hiện với mục tiêu sau:
Mục tiêu tổng quát: sử dụng nguồn sinh khối của lục bình ở ĐBSCL bổ sung
cho sản xuất biogas bên cạnh phân heo.
Mục tiêu cụ thể: Đánh giá khả năng sinh khí, tổng lượng khí sinh ra, thành
phần khí metan và hiệu suất sinh khí metan của rễ, thân, lá lục bình phối trộn phân
heo trong quá trình ủ biogas ở điều kiện phòng thí nghiệm.
Nội dung nghiên cứu:
- Bố trí thí nghiệm theo mẻ để đánh giá khả năng sinh khí biogas của rễ, thân,
lá lục bình phối trộn phân heo.
- Theo dõi diễn biến nhiệt độ, pH, thế oxy hóa khử của mẻ ủ, xác định tổng
lượng khí và thành phần khí (CH
4
, CO
2
, O
2
, H
2
S), hiệu suất sinh khí metan
của các nghiệm thức.
- Phân tích vật liệu đầu vào và đầu ra thông qua các thông số: tổng cacbon,
TKN, C/N, VS, TP, COD, tổng coliform, Fecal coliform và tổng vi sinh vật
yếm khí.

13
CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ BIOGAS
2.1.1 Khái niệm biogas
Biogas là một hỗn hợp khí được sản sinh trong quá trình phân hủy các chất
hữu cơ trong môi trường yếm khí. Sản phẩm của quá trình này là các khí
CH
4
(methane), CO
2
, H
2
S, H
2
…trong đó thành phần chủ yếu là khí methane
(Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010).
2.1.2 Thành phần khí biogas
Khí biogas là một hỗn hợp của nhiều chất khí, với tỉ lệ và thành phần của
các chất khí có trong hỗn hợp tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu và các điều kiện của

quá trình phân hủy như nhiệt độ, pH, hàm lượng nước Nó cũng tuỳ thuộc cả
vào
các giai đoạn diễn biến của quá tnh phân hủy sinh học (
Nguyễn Quang
Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010).
Thành phần khí sinh học thay
đổi khác nhau
nhưng thành phần chính luôn là CH
4
và CO
2
.
Bảng 2.1 Thành phần khí sinh học theo các tài liệu khác nhau
Tài liệu tham khảo
Tỉ lệ phần trăm thể tích khí biogas (%)
CH
4

CO
2

N
2

H
2

NH
3

H
2
S
Lê Hoàng Việt (2005)
55 ÷ 65
35 ÷ 45
0 ÷ 3
0 ÷ 1
-
0 ÷ 1
Chongrak Polprasert (2007)
55 ÷ 65
35 ÷ 45
0 ÷ 3
0 ÷ 1
0 ÷ 1
-
Nguyễn Quang Khải (2009)
50 ÷ 70
35 ÷ 45
0 ÷ 3
0 ÷ 3
-
0 ÷ 3
Nguyễn Quang Khải và
Nguyễn Gia Lượng (2010)
50 ÷ 70
30 ÷ 40
0 ÷ 9
0 ÷ 7

-
0 ÷ 0,5
a) Đặc tính khí sinh học biogas
Khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0,9 – 0,94 Kg/ m
3
trọng lượng riêng
này thay đổi do tỉ lệ CH
4
so với các khí khác trong hỗn hợp lượng H
2
S chiếm 1
lượng ít, có mùi hôi, tạo thành acid H
2
SO
4
khi tác dụng với nước gây độc cho
người và làm hư dụng cụ đun nấu. Khí biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn nó
với tỉ lệ từ 6 đến 25% trong không khí. Nếu hỗn hợp khí mà CH
4
chỉ chiếm 60%
thì 1 m
3
cần 8 m
3
không khí. Trong thực tế, khí biogas cháy tốt trong không khí
khi được hòa lẫn ở tỉ lệ là 1/9 – 1/10.



14

b) Đặc tính của khí CH
4

Khí CH
4
là 1 chất khí không màu, không mùi nhẹ hơn không khí. Khí CH
4
ở
200
0
C, 1atm, 1 m
3
khí CH
4
có trọng lượng 0,716 kg. Khí đốt hoàn toàn 1 m
3
khí
CH
4
cho ra khoảng 9000 kcal.
Thành phần khí biogas tham khảo một số nước như sau:
Bảng 2.2 Thành phần biogas ở một số nước khác nhau
Nước sản xuất
Tỉ lệ phần trăm thể tích khí biogas (%)
CH
4

CO
2

N
2

H
2

Ấn Độ
35 ÷ 70
28 ÷ 55
1
1 ÷ 10
Mỹ
54 ÷ 70
27 ÷ 45
5,3
1 ÷ 10
Đức
53 ÷ 62
37 ÷ 44
1
0,3
(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)
2.1.3 Vai trò của biogas trong đời sống
a)
Cung c
ấp năng lượng
Khí biogas là nguồn năng lượng sạch, bổ sung
một phần vào các nguồn
năng lượng hoá thạch đang dần cạn kiệt. Ở Vịêt Nam, khí biogas là nguồn chất đốt
mới - nguồn chất đốt không truyền thống - phục vụ nhu cầu nấu nướng, thắp sáng

của người dân. Bên cạnh đó, cũng có nhiều nghiên cứu sử dụng khí biogas để chạy
động cơ, nén khí biogas vào bình đang thực hiện.
Bảng 2.3 Khoảng nhiệt trị của một số nguyên liệu
Loại nguyên liệu
Đơn vị
Khoảng nhiệt trị
Methane
Kcal/m
3

9000
Biogas
Kcal/m
3

4500 ÷ 6000
Dầu mỏ
Kcal/m
3

15600
(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003)
Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003) thì giá trị
năng lượng của biogas chỉ kém sau dầu mỏ, cao hơn gỗ và than đá. Giá trị nhiệt
lượng của khí sinh học phụ thuộc vào thành phần khí methane có trong hỗn hợp khí
biogas, hàm lương methane lại phụ thuộc lớn vào nguyên liệu.
b) Bảo vệ môi trường
Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng các sản phẩm thải, việc
tận dụng nguồn chất thải từ chăn nuôi làm nguyên liệu cho hầm ủ biogas là
phương án xử lý hiệu quả vừa xử lý chất thải vừa tạo ra khí biogas để sử dụng nấu

15
nướng, thắp sáng….
Tạo ra nguồn năng lượng tái tạo, thay thế một phần nguồn nhiên liệu hoá
thạch, hạn chế phá rừng ….
Xử lý tốt các yếu tố mầm bệnh trong phân, vì nước thải sau khi qua hầm ủ
biogas giảm mùi hôi, ít ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là ký sinh trùng và các mầm
bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể (Uỷ Ban Khoa Học Kỹ Thuật Đồng Nai, 1989).
Nước thải sau quá trình phân hủy trong công nghệ hầm ủ biogas sẽ giảm mùi
hôi, không thấy ruồi nhặng đeo bám tiêu diệt mầm bệnh, nhất là ký sinh trùng và
các bệnh lây lan khác.
2.1.4 Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học
Theo Lê Hoàng Việt (2005) nguyên liệu sử dụng để ủ biogas rất đa dạng,
thường là tận dụng phân người, phân gia súc, bùn, phế phẩm trong nông
nghiệp Các chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học đều có thể làm nguyên liệu
nạp cho các h
ầm ủ
biogas. Các nguyên liệu này có thể được chia thành hai loại
gồm nguyên liệu có nguồn gốc thực vật và nguyên liệu có nguồn gốc động vật.
a. Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật
Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật thường có lớp vỏ cứng rất khó bị phân
hủy. Để quá
trình phân hủy yếm khí diễn ra được thuận lợi, người ta thường phải
cắt nhỏ và xử lý sơ bộ trước khi đưa vào mẻ ủ
nhằm mục đích phá vỡ lớp vỏ cứng
của nguyên liệu và làm
tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tiếp xúc phân hủy. Vì
vậy, kích cỡ nguyên liệu càng nhỏ thì quá trình phân hủy sinh khí diễn ra thuận lợi.
Theo
Nguyễn Quang Khải và

Nguyễn Gia Lượng (2010) thì thời gian phân
hủy của nguyên liệu thực vật dài hơn so với các loại phân, thời gian phân hủy
nguyên liệu có nguồn gốc thực vật
kéo dài từ 3 ÷ 6 tháng
nên được sử dụng theo
cách nạp từng mẻ.
Gỗ và thân cây già rất khó phân hủy nên không dùng làm nguyên liệu được.
Nên các nguyên liệu thực vật có thể là lá cây, cây thân thảo
(rơm, rạ, thân lá ngô,
khoai, đậu, các loài cỏ vườn…),
các loại cây thủy sinh (rong, bèo, lục bình )

và

rác sinh hoạt hữu cơ (rau, quả, lương
thực bỏ đi ).






16
Bảng 2.4 Đặc tính hoá học cơ bản của các nguyên liệu thực vật
Loại nguyên liệu
%N
%P
2
O
5

%K
2
O
Rơm rạ
0,35 ÷ 0,5
0,137
3,26
Cây họ đậu
1,5
0,35
0,5
Lục bình
0,79
-
-
Thân cây bắp
0,75
0,3
1,64
Bã mía
0,43
0,15
0,12
(Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2010)
b. Nguyên liệu có nguồn gốc động vật
Theo Lê
Hoàng Việt (2005)
các loại phân tươi có hàm lượng chất khô
khoảng 20%, còn lại là nước. Các loại phân thường chứa nhiều nitrogen, năng suất

sinh khí các loại phân tính cho vật chất khô nằm trong khoảng từ 0,2 ÷ 1,11 m
3
/kg
và hàm lượng khí
methane của biogas sản xuất từ phân chiếm khoảng 57 ÷ 69%.

Nguyên liệu có nguồn gốc động vật có thể là phân người, phân gia súc, gia
cầm, phân bắc, các bộ phận cơ thể của động vật như xác động vật chết, rác và
nước thải các lò mổ, cơ sở chế biến thủy, hải sản… Các loại phân dễ phân hủy và
nhanh chóng tạo biogas do đã được xử lý trong bộ máy tiêu hóa của động vật.
Bảng 2.5 Khả năng sinh khí của một số loại chất thải
Loại chất thải
Năng suất biogas
(m
3
/kg)
Nhiệt độ (
0
C)
% CH
4

Thời gian ủ
ngày
Phân bò (a)
0,33
-
-
-
Phân gà (b)

0,31
37,3
60
30
Phân heo (a)
1,02
34,6
68
20
Phân cừu (a)
0,37 ÷ 0,61
-
64
20
Phân người (a)
0,38
20,0 ÷ 26,2
-
21
(a) tính trên tổng các chất rắn
(b) tính trên chất rắn bay hơi
(NAS, 1997 trích bởi Lê Hoàng Việt, 2005)
c. Sản lượng biogas của các loại nguyên liệu
Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003) nguồn nguyên
liệu khác nhau sẽ có giá trị dinh dưỡng khác nhau và lượng khí thu được phụ thuộc
nhiều vào khả năng lên men và phân hủy các vật chất hữu cơ có trong nguyên liệu.
Trong thực tế sản lượng khí thu được khi lên men nguyên liệu trong các mẻ ủ
thường thấp hơn so với lý thuyết vì chúng được phân hủy trong một thời gian nhất
định và chưa phân hủy hoàn toàn.

17
Bảng 2.6 Thành phần CH
4
và sản lượng biogas một số nguyên liệu thường gặp
Loại nguyên liệu
CH
4
(%)
Thời gian lên men
(ngày)
Sản lượng khí
(m
3
/kg chất khô)
Phân bò
58
10
0,33
Phân trâu
57
10
0,86 ÷ 1,11
Phân heo
58 ÷ 60
10 ÷ 15
0,69 ÷ 0,79
Phân gà
60
30
0,31 ÷ 0,54

(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003)
2.2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN YẾM KHÍ CÁC CHẤT HỮU CƠ
2.2.1 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí
Theo Lê Hoàng Việt (2005) các
hệ thống yếm khí ứng dụng khả năng phân
hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong
điều kiện yếm khí không có oxy. Quá trình
phân hủy yếm khí các chất hữu cơ diễn ra rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản
ứng và sản phẩm trung gian và mỗi phản ứng sẽ được xúc tác bởi một loại enzyme.
Phương trình chuyển hóa chất hữu cơ đã được đơn giản hóa như sau:

Chất hữu cơ > CH
4
+ CO
2
+ H
2
+ NH
3
+ H
2
S + Q
2.2.2 Quá trình phát triển của vi khuẩn yếm khí
Các VSV hấp thu các dưỡng chất trong môi trường để tăng trưởng và phát
triển. Vì vậy, sự tăng trưởng của tế bào VSV là sự tăng trưởng về số lượng của các
cấu tử trong tế bào, gia tăng kích thước và trọng lượng của tế bào. Đến cuối giai
đoạn tăng trưởng thì tế bào phân cắt ra thành tế bào con. Quá trình sinh học xảy ra
trong lên men methane là quá trình phát triển các VSV yếm khí và quá trình chuyển
hóa các vật chất hữu cơ thành chất khí, trong đó methane chiếm tỷ trọng lớn nhất
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003).

Quá trình này được chia làm hai giai đoạn:
+ Giai đoạn 1:
Là sự phát triển hỗn hợp rất nhiều loài VSV có trong chất thải, pha này kéo
dài khoảng hai ngày. Trong dịch lên men ta thấy có sự phát triển của vi khuẩn
hiếu khí và vi khuẩn yếm khí tùy nghi.
Nguyên nhân trong thời gian đầu có sự phát triển của cả vi khuẩn hiếu khí là
do trong dịch lên men chất thải tồn tại một lượng oxygen hòa tan nhất định, các
loài vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxygen hòa tan này để tăng số lượng. Khi lượng
oxy hết dần, thì số lượng vi khuẩn hiếu khí giảm dần và chết khi quá trình tạo
lên men yếm khí

18
methane xuất hiện.










(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003)
Hình 2.1 Sự phát triển của vi sinh vật trong lên men methane
+ Giai đoạn 2:
Trong giai đoạn này, sự phát triển rất mạnh của các vi khuẩn thủy phân các
chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo acid. Giữa hai giai đoạn này có sự phát triển rất
mạnh của các loài vi khuẩn sinh khí methane. Đây là loài vi khuẩn chiếm số lượng
nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên men methane.

Theo Lê Hoàng Việt (2005) trong bộ vi khuẩn tham gia quá trình lên men
methane từ giai đoạn đầu cho đến giai đoạn cuối được phân lập và định dạng gồm
4 nhóm chính:
(1) Nhóm vi khuẩn thủy phân và lên men.
(2) Nhóm vi khuẩn tạo acid acetate và khí hydro.
(3) Nhóm vi khuẩn sử dụng khí hydro để tạo khí methane.
(4) Nhóm vi khuẩn sử dụng acid acetate tạo khí methane.
Các vi khuẩn yếm khí tham gia vào quá trình chuyển hóa chất hữu cơ gồm:
Clostridium spp, Peptoccocus anerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovidrio
spp, Corynebactorium spp, Lactobacillus, Actinomyces và Staphylococcus.
Các vi
khuẩn sinh methane trong mẻ phản ứng bao gồm:
(1) Nhóm vi khu
ẩn hình que

(Methanobacterium, Methanobacillus).
(2) Nhóm vi khuẩn hình cầu (Methanoccocus, Methanosarcina).


19
2.2.3 Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí
Theo Lê Hoàng Việt quá trình phân huỷ yếm khí được chia ra làm ba giai
đoạn chính như sau:
- Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử (thuỷ phân và lên men).
- Tạo nên các acid và khí hydrogen.
- Tạo methane rừ acid acetic và khí hydrogen.

(Uri Marchaim, 1992; Mc Carty, 1981 trích bởi Lê Hoàng Việt, 2005)
Hình 2.2 Ba giai đoạn của quá tình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ
+ Giai đoạn 1: giai đoạn thủy phân
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), Lê Hoàng Việt (2005) thì
các chất hữu cơ có trong nguyên liệu phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử như
protein, chất béo, carbohydrates, cellulose, lignin, một vài ở dạng không hòa tan
bị phân hủy thành các hợp chất hữu cơ đơn giản dễ hoà tan trong nước như đường
đơn, peptit, glycerin, acid béo, acid amin. Ở giai đoạn này các chất hữu cơ cao phân
tử bị phân hủy bởi các enzyme ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn). Sản phẩm
của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hòa tan được sẽ làm nguyên
liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn 2.
Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi các protein thành các
amino-acid, carbohydrate thành các đường đơn, chất béo thành acid béo chuỗi
dài. Tuy nhiên các chất hữu cơ như cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất
hữu cơ đơn giản, đây là một giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí. Bởi vì, lúc
đó các vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2
và 3. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp, mật độ vi khuẩn trong hầm

20
ủ và các yếu tố môi trường như pH và nhiệt độ.
+ Giai đoạn 2: giai đoạn acid hóa
Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được chuyển hóa thành
các acid hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như acid acetates, acid propionic, acid
butyric, một ít khí H

2
, CO
2
và N
2
. Tỉ lệ của các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ vi
sinh vật trong hầm ủ và các điều kiện môi trường (Lê Hoàng Việt, 2005). Theo
Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) pH của môi trường có thể giảm mạnh .
do vi sinh vật sinh nhiều acid.
Bảng 2.7 Sản phẩm tạo thành và một số vi khuẩn trong giai đoạn acid hóa
Vi khuẩn
pH
Nhiệt độ
(
o
C)
Sản phẩm tạo thành
Bacillus cereus
5,2
25 ÷ 35
A. acetates, A.Lactic
Bacillus knolkampi
5,2 ÷ 8,0
25 ÷ 35
A. acetates, A.Lactic
Bacillus megaterium
5,2 ÷ 7,5
28 ÷ 35
A. acetates, A.Lactic
Bacterodies succigense

5,2 ÷ 7,5
25 ÷ 35
A. acetates, A. succinic
Clostridium carnefectium
5,0 ÷ 8,5
25 ÷ 37
A. acetates, A. formic
Clostridium cellobinharus
5,0 ÷ 8,5
36 ÷ 38
A.Lactic, Ethanol, CO
2

Clostridium dissolves
5,0 ÷ 8,5
35 ÷ 51
A. acetates, A. formic
(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)
Trong giai đoạn 2 có sự phát triển mạnh mẽ của các loài vi khuẩn thuỷ phân
các chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo acid. Giữa giai đoạn này có sự phát triển rất
mạnh các loài vi khuẩn
sinh methane. Một số loài vi khuẩn acetogenic chuyển
hoá các acid béo bay hơi
thành acetate, từ acetate sẽ chuyển tiếp thành CH
4
và CO
2

(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003).
+ Giai đoạn 3: Giai đoạn methane hóa

Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ được chuyển đổi thành CH
4
và các sản
phẩm khác bởi nhóm vi khuẩn methane. Tốc độ phát triển của vi khuẩn methane
chậm hơn các loài vi khuẩn ở giai đoạn thủy phân và acid hóa. Các vi khuẩn này sử
dụng acid acetate, methanol, CO
2
và H
2
để sản xuất methane. Trong đó acid acetate
là chất nền sản sinh CH
4
quan trọng nhất, khoảng 70% CH
4
được sinh ra từ acid
acetate. Lượng CH
4
còn lại được tạo ra từ CO
2
và H
2
. Một vài chất nền khác cũng
được sử dụng cho việc tạo khí CH
4
như acid formic, methanol… nhưng những chất
này không quan trọng vì chúng không thường xuất hiện trong quá trình lên men
yếm khí (Lê Hoàng Việt, 2005).

Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003) thì ở giai
đoạn này chuyển hoá các hợp chất hữu cơ hình thành ở giai đoạn 2 thành CH

4
là do

21
nhóm vi khuẩn methanogens. Các loài vi khuẩn này phát triển trong điều kiện
hoàn toàn yếm khí và chúng thường phát triển chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1
và 2.
Bảng 2.8 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn methane hóa
Vi khuẩn
pH
Nhiệt độ
(
o
C)
Sản phẩm
Methanobacterium
omelianskii
6,5 ÷ 8
37 ÷ 40
CO
2
, H
2
, rượu bậc 1 và bậc 2
Methanopropionicum
-
-
A.propionic
Methanoformicum
-

-
CO
2
, H
2
, A.formic
Methanosochngenii
-
-
A. acetate
Methanoruminanticum
-
-
H
2
, A.formic
Methanosarcina barkerli
7,0
30
CO
2
, H
2
, A. acetate, Methanol
Methanococcus vanirielli
1,4 ÷ 9,0
-
H2, A.formic
Methanococcus mazei
-

30 ÷ 37
Acid (acetate, butyric)
Methanosarcina methanica
-
35 ÷ 37
Acid (acetate, butyric)
(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí
Để sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật cần có những nhu cầu chung: nước,
nguồn dinh dưỡng, nguồn C, nguồn N và các chất khoáng. Đây là những yếu tố cơ
bản cần cho sự sinh trưởng mà chúng không tự tổng hợp được, ta gọi chung đó là
các nhân tố tăng trưởng. Ngoài ra, các nhân tố vật lý có thể ảnh hưởng đến quá
trình sinh trưởng, chúng có thể thuận lợi hay cản trở, ức chế cho sự tăng trưởng
của vi sinh vật như: nhiệt độ, pH, oxy, áp suất, độ ẩm, ánh sáng…
a) Ảnh hưởng của nhiệt độ
Hoạt động của vi sinh vật trong mẻ ủ chịu ảnh hưởng rất mạnh của nhiệt độ
môi trường bên ngoài. Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường trong ngày và các mùa
ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ, quá trình lên men yếm khí (Lê Hoàng
Việt, 2005). Có hai khoảng nhiệt thích hợp cho vi khuẩn ưa ấm và ưa nhiệt hoạt
động:
- Nhiệt độ 25 ÷ 40
o
C là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các VSV ưa ấm hoạt
động, tối ưu là 35
o
C.
- Nhiệt độ 50 ÷ 65
o
C thích hợp cho các VSV ưa nhiệt hoạt động, tối ưu là 55
o

C.
Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong
khoảng
40 ÷ 45
o
C thì tốc độ sinh khí chậm lại vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp
cho
cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60
o
C tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá
trình

22
sinh khí bị kiềm hãm hoàn toàn ở 65
o
C trở lên (Lê Hoàng Việt, 2005).

(Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Chongrak, 2007)
Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
b) Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity)
Theo Lê Hoàng Việt (2005) thì pH trong lên men methane là từ 6,6 ÷ 7,6 và
tối ưu trong khoảng 7,0 ÷ 7,2, một số loài vi khuẩn tạo acid có khả năng phát triển ở
pH 5,5, nhưng vi khuẩn sinh methane bị ức chế. pH của hầm ủ có khi hạ xuống
thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các
độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane.
Trong
trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane
sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí bình
thường trở lại
người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy

định. Ngoài ra
người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.
Độ kiềm của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 ÷ 5.000 mg/L để tạo khả
năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp (Lê Hoàng Việt, 2003).
c) Ảnh hưởng của điện thế oxi hóa khử (redox)
Điện thế oxy hóa khử của một mẻ ủ là thước đo khả năng oxy hóa hoặc khả
năng khử của hỗn hợp ủ. Khí sinh học được sản xuất một cách hiệu quả trong
môi
trường yếm khí, tức là thế oxy hóa khử phải nhỏ hơn 330mV. Trong môi
trường yếm khí hoàn toàn,
điện thế oxy hóa khử
luôn đạt giá trị âm (nhỏ hơn -
100mV) (Jürgen
Wiese, Ralf König).

23










(Sebastian Wulf, 2005)
Hình 2.4 Mối quan hệ giữa các chất và các điện tử được thể hiện qua giá trị redox
Nói chung, việc sử dụng các chất nền bao gồm oxygen, nitrat, sunfat để đẩy
mạnh quá trình oxy hóa có thể thay đổi một cách đáng kể tiềm năng oxy hóa khử

và cũng là nguyên nhân gây ra sự thay đổi của pH. Ví dụ như sự thay đổi của chất
nền
có thể dẫn đến quá trình lên men bị vô hiệu hóa. Đo
điện thế oxy hóa khử

liên tục để nhận được
những cảnh báo sớm về tình trạng của mẻ ủ trước cả khi
xảy ra sự thay đổi pH
(Jürgen Wiese, Ralf König).
Khí methane bắt đầu được hình thành khi giá trị điện thế oxy hóa khử nhỏ
hơn -250mV. Khi đó, các chất nền như CO
2
và khí H
2
sẽ được biến đổi thành CH
4

và H
2
O (Laanbroek, 1990 trích bởi Trương Thị Nga, 2013). Khí H
2
S xuất hiện khi
giá trị điện thế oxy hóa khử nhỏ hơn -150mV. Giá trị điện thế oxy hóa khử nhỏ
hơn -100mV thể hiện môi trường đang ở tình trạng yếm khí hoàn toàn (Trương Thị
Nga, 2013).
Theo Kumar và cộng sự (2010), trong giai đoạn thủy phân, giá trị tối đa của
điện thế oxy hóa khử là -50mV và tối thiểu là -350mV trong 24h. Trong phân hủy
yếm khí, điện thế oxy hóa khử đạt giá trị tối đa là -387 mV và tối đa là -452 mV
trong 80h.
d) Ảnh hưởng của độ mặn

Vi khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần
thích nghi với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước (Lê Hoàng Việt và Nguyễn
Hữu Chiếm, 2013). Với nồng độ nhỏ hơn 3‰ khả năng sinh khí không bị giảm
đáng kể, đôi khi khả năng sinh khí lại tăng, do vi khuẩn được cung cấp thêm
khoáng vi lượng cần thiết trong muối. Như vậy, việc phát triển hầm ủ biogas tại
các vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều.

24
e) Ảnh hưởng kích cỡ và ẩm độ nguyên liệu nạp
Kích thước của nguyên liệu nạp càng nhỏ thì càng thích hợp cho quá trình
phân hủy yếm khí. Kích cỡ nguyên liệu càng nhỏ thì hiệu suất của quá trình sinh
khí sẽ tăng lên và nguyên liệu dễ bị phân hủy bởi các hệ vi sinh vật (Lê Hoàng
Việt, 2005).
f) Quần thể sinh vật ban đầu
Vào khoảng 7 ngày đầu khi mới bắt đầu vận hành hầm ủ, lượng khí sinh ra
rất ít và không cháy được do thành phần khí lúc đó chủ
yếu là CO
2
. Hầm ủ chỉ
hoạt động ổn định sau khi đưa vào vận hành khoảng 14
ngày.Để quá trình lên
men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng để có thể cho chất thải
của một hầm ủ đang hoạt động vào một hầm ủ mới để làm chất mồi (đưa vi khuẩn
đang hoạt động vào mẻ ủ). Nếu không có hầm ủ đang hoạt động ở khu vực đang
hoạt động thì hầm ủ bắt đầu xây dựng có thể được lấy phân heo ủ kín lại, trong
điều kiện không có oxygen, các vi khuẩn yếm khí sẽ phát triển, sau khi hầm ủ
hoàn thành chúng ta sẽ cho lượng phân này vào hầm ủ để tạo quần thể sinh vật ban
đầu cho mẻ ủ. Trong trường hợp này, khoảng 3 ngày thì khí sinh ra đốt cháy được
và hầm ủ sẽ hoạt động ổn định sau 7 ÷ 14 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành phụ
thuộc nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguyên liệu và lượng chất mồi (Lê Hoàng Việt,

2005).
g) Khuấy trộn
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh
quá tnh sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy
hầm và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ (Lê Hoàng Việt, 2005). Khi không
khuấy đảo, nguyên liệu trong bể phân hủy thường
phân tầng thành 3 lớp: lớp trên
là lớp váng, lớp giữa là lỏng và lớp đáy là cặn lắng. Vi khuẩn khó phân bố đều
trong môi trường lên men, kết quả là vi khuẩn khó tiếp
xúc được với nguyên liệu
mới để hấp thụ các chất dinh dưỡng, trong bể có nhiều vùng chết ở đó mật độ vi
khuẩn thấp, sự phân hủy xảy ra yếu, nguyên liệu có thể
tích tụ và đọng lại ở đó.









25

(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)
Hình 2.5 Sự phân lớp trong dịch ủ methane
h) Các chất dinh dưỡng
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để
đạt được tỉ số C/N từ 25/1 ÷ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng C nhanh hơn sử dụng
N từ 25 ÷ 30 lần (Lê Hoàng Việt, 2005). Theo RISE-AT (1998) và Fabien (2003), tỉ
lệ C/N tối ưu cho quá tnh phân hủy yếm khí là từ 20/1 đến 30/1. Các nguyên tố
khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá tnh sinh khí tuy nhiên C/N
được coi là nhân tố quyết định.
Bảng 2.9 Tỉ lệ C/N của một số loại chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật
Nguyên liệu
Tỉ lệ C/N
Chất cặn hầm cầu
10/1 ÷ 60/1
Nước tiểu
0,8/1
Phân bò, heo
18/1 ÷ 22/1
Phân gà
15/1
Phân ngựa
25/1
Bùn thải tươi
11/1

Bùn hoạt tính
6/1
Phân trâu
24/1÷ 25/1
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)
Tỉ lệ carbon và nitrogen trong thành phần nguyên liệu là một chỉ tiêu để đánh
giá khả năng phân huỷ của nó. Vi khuẩn tiêu thụ carbon nhiều hơn nitrogen khoảng
30 lần. Vìvậy tỉ lệ C/N của nguyên liệu bằng 30 là tối ưu. Tỉ lệ C/N quá cao thì quá