nghiên cứu ảnh hưởng của các kích cỡ lục bình nghiền nhỏ lên khả năng sinh khí sinh học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN


PHẠM LỆ NGỌC
Luận văn tốt nghiệp Đại học
Chuyên ngành Khoa học Môi Trường

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC
KÍCH CỠ LỤC BÌNH NGHIỀN NHỎ LÊN
KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC

Cán bộ hướng dẫn: TRẦN SỸ NAM

Cần Thơ, 2013


Luận văn kèm theo đây với tựa đề là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các kích cỡ
lục bình nghiền nhỏ lên khả năng sinh khí sinh học”, do Phạm Lệ Ngọc thực
hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm đề cương thông qua.

PGS. TS Nguyễn Hữu Chiếm

PGS. TS Bùi Thị Nga

TS Nguyễn Xuân Lộc

i


LỜI CẢM TẠ

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người đã giúp đỡ tác giả
tận tình trong thời gian qua.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Trần Sỹ Nam, thầy Nguyễn Võ
Châu Ngân đã chia sẻ những kinh nghiệm cũng như truyền đạt 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.
Nhân đây cũng xin gửi lời cám ơn đến tất cả quý thầy, cô Bộ môn Khoa học
Môi trường; quý thầy, cô Khoa Môi Trường và Tài nguyên Thiên nhiên – Trường
Đại học Cần Thơ đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ trong quá trình theo học và thực
hiện đề tài tốt nghiệp.
Xin gửi lời cảm ơn tới chị Nguyễn Thị Thùy học viên Cao học ngành Khoa
học Môi trường K18, các bạn Nguyễn Quốc Tú, Cao Văn Hiệp, Phạm Văn Thuận
sinh viên ngành Khoa học Môi trường K36, Văn Mỹ Linh, Nguyễn Văn Quốc, Lê
Quang Thạnh, Trần Trung Trí lớp Kĩ thuật Môi trường K36.
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 thực hiện luận văn.
Sau cùng tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã giúp đỡ và
động viên tinh thần giúp tác giả hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày…tháng…năm 2013
Sinh viên

Phạm Lệ Ngọc

ii


TÓM TẮT
Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng các kích cỡ lục bình nghiền nhỏ lên khả
năng sinh khí biogas” đã được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của

kích cỡ lục bình nghiền nhỏ lên khả năng sinh khí biogas. Thí nghiệm được bố trí
theo mẻ hoàn toàn ngẫu nhiên với các kích cỡ lục bình khác nhau gồm 0,05 cm;
0,2 cm; 0,5 cm; 1 cm và không cắt có phối trộn phân heo với tỉ lệ 50% – 50%.
Nhằm tăng độ tin cậy cho thí nghiệm, các nghiệm thức được bố trí lặp lại 5 lần với
bình ủ 21 lít trong điều kiện phòng thí nghiệm và được theo dõi trong 45 ngày.
Các thông số thể tích biogas sinh ra, thành phần biogas và các yếu tố môi trường
mẻ ủ như pH, nhiệt độ, hiệu điện thế oxi hóa khử được theo dõi với chu kì 2
ngày/lần. Các chỉ tiêu VS, C/N, TKN, TP, tổng coliform, feacal coliform, tổng vi
sinh vật yếm khí cũng được phân tích vào ngày đầu, ngày 20 và ngày 45 của thí
nghiệm. Kết quả nghiên cứu cho thấy lục bình có kích thước nhỏ cho lượng khí
methane tích dồn cao hơn. Kết quả phân tích thống kê cho thấy nghiệm thức lục
bình không cắt có lượng khí methane tích dồn thấp hơn và khác biệt có ý nghĩa so
với các nghiệm thức lục bình 0,05 cm; 0,2 cm và 0,5 cm nhưng lại không có sự
khác biệt với nghiệm thức lục bình 1cm. Nghiệm thức có kích cỡ lục bình nhỏ sẽ
sinh ra lượng khí cực đại cao hơn nghiệm thức có kích cỡ lục bình lớn hơn (LB
0,05 cm: 17,24 lít/kgVS; LB 0,2 cm: 14,20 lít/kgVS; LB 1cm: 14,70 lít/kgVS và
LB không cắt: 10,25 lít/kgVS). Thành phần khí methane của mẻ ủ khá cao, đạt giá
trị 38,54% - 42,97% ). Năng suất sinh khí methane lần lượt là 276,91 lít/kgVS;
311,84 lít/kgVS; 348,98 lít/kgVS; 280,36 lít/kgVS (tương ứng với các nghiệm
thức 0,05 cm; 0,2 cm; 0,5 cm; 1 cm và không cắt).

iii


MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ ........................................................................................................................ ii
TÓM LƯỢC ......................................................................................................................... iii
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iv
DANH SÁCH HÌNH ............................................................................................................ vi

DANH SÁCH BẢNG .......................................................................................................... vii
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT............................................................................................ viii
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................... 2
1.2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................................................ 2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................... 2
1.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 2
CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ................................................................................ 3
2.1 Quá trình sinh học yếm khí.......................................................................................... 3
2.1.1 Giới thiệu về khí sinh học ..................................................................................... 3
2.1.2 Cơ chế quá trình lên men yếm khí ........................................................................ 4
2.1.3 Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí .................... 7
2.2 Đặc tính hóa học cơ bản và năng suất sinh khí biogas của một số .......................... 122
2.2.1 Đặc tính hóa học ............................................................................................... 122
2.2.2 Năng suất sinh biogas ....................................................................................... 133
2.3 Sơ lược về các nguyên liệu ủ ................................................................................... 133
2.3.1 Lục bình ............................................................................................................ 133
2.3.2 Phân heo ........................................................................................................... 166
CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP ....................................................... 18
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 18
3.2 Phương tiện nghiên cứu ............................................................................................. 18
3.2.1 Dụng cụ, thiết bị ................................................................................................. 18
3.2.2 Nguyên vật liệu nghiên cứu ................................................................................ 19
3.3 Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 200
3.3.1 Bố trí thí nghiệm ............................................................................................... 200
3.4 Phương pháp thu mẫu và phân tích ......................................................................... 211
3.4.1 Phương pháp thu mẫu và các thông số đo đạc.................................................. 211
3.4.2 Phương pháp phân tích mẫu ............................................................................. 222

iv


3.4.3 Phương pháp tính toán ...................................................................................... 233
3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 266
CHƯƠNG IV KẾT QUẢ THẢO LUẬN .......................................................................... 277
4.1 Thành phần hóa học của nguyên liệu ...................................................................... 277
4.2 Các thông số kiểm soát quá trình ủ yếm khí.............................................................. 28
4.2.1 Nhiệt độ .............................................................................................................. 28
4.2.2 pH ....................................................................................................................... 29
4.2.3 Điện thế oxi hóa khử ........................................................................................ 300
4.3 Ảnh hưởng của kích cỡ lục bình lên khả năng sinh khí biogas ............................... 311
4.3.1 Xác định thời điểm sinh khí cực đại của mẻ ủ ................................................. 322
4.3.2 Tổng khí CH4 tích dồn của các nghiệm thức trong 45 ngày............................. 344
4.4 Ảnh hưởng của kích cỡ đến thành phần biogas ......................................................... 36
4.5 Ảnh hưởng của kích cỡ đến năng suất sinh khí methane .......................................... 39
4.6 Tiềm năng sử dụng bã thải sau ủ làm phân bón ...................................................... 411
4.6.1 TKN (Total Kjeldahl Nitrogen) ........................................................................ 411
4.6.2 TP (Tổng photpho) ........................................................................................... 411
4.6.3 COD .................................................................................................................. 422
4.6.4 Vi sinh vật trong mẻ ủ. ..................................................................................... 433
CHƯƠNG V KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ ........................................................................... 46
5.1 Kết luận...................................................................................................................... 46
5.2 Kiến nghị ................................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 47
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 511

v

DANH SÁCH HÌNH

Hình

Tên hình

Trang

2.1

Sự phát triển của vi sinh vật trong lên men methane

4

2.2

Cơ chế tạo khí methane từ chất thải hữu cơ

5

2.3

Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí

6

2.4

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ

8

2.5

Sự phân lớp trong dịch lên men methane

11

2.6

Cây lục bình (Eichhornia crassipes)

14

3.1

Mô hình bố trí thí nghiệm theo mẻ

19

3.2

Thiết bị đo các khí thành phần (A) và đồng hồ đo thể tích khí (B)

22

4.1

Diễn biến điện thế oxi hóa khử (Redox)

31

4.2

Thể tích CH4 sinh theo ngày của 5 nghiệm thức trong 45 ngày

32

4.3

Thể tích khí methane tích dồn trong 45 ngày ngày thí nghiệm

35

4.4

Diễn biến giá trị phần trăm khí CH4 của các nghiệm thức qua các tuần

37

4.5

Phần trăm thành phần khí biogas của các nghiệm thức trong 45 ngày

39

4.6

Năng suất sinh methane của các nghiệm thức

40

4.7

TKN đầu vào đầu ra của các nghiệm thức

41

4.8

Diễn biến hàm lượng tổng photpho của 4 nghiệm thức

42

4.9

COD đầu vào, đầu ra của các nghiệm thức

42

4.10

Tổng vi sinh vật yếm khí có trong các nghiệm thức

43

4.11

Tổng Coliform đầu vào và đầu ra của các nghiệm thức

44

4.12

Faecal coliform đầu vào đầu ra của các nghiệm thức

44

vi


DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Tỷ lệ (%) các thành phần khí sinh học

3

2.2

Tỷ lệ C/N của một số loại nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật

9

2.3

Khả năng gây độc của một số chất

10

2.4

Đặc tính hóa học cơ bản của các nguyên liệu thực vật

13

2.5

Năng suất sinh biogas của một số loại nguyên liệu thực vật

13

2.6

Thành phần hóa học của lục bình

15

2.7

Thành phần hóa học của phân heo có trọng lượng từ 70 ÷ 100 kg

17

2.8

So sánh thành phần hóa học của phân heo với các loại gia súc, gia
cầm khác

17

3.1

Tỷ lệ phối trộn giữa phân heo (PH) ÷ lục bình (LB), kích thước
nguyên liệu nạp

20

3.2

Phương pháp và phương tiện phân tích các chỉ tiêu

23

4.1

Đặc điểm hóa học của nguyên liệu đầu vào

27

4.2

Đặc điểm hóa học của hỗn hợp nguyên liệu sau khi được phối trộn

28

4.3

Diễn biến nhiệt độ của các mẻ ủ trong 45 ngày

29

4.4

Diễn biến pH của mẻ ủ trong 45 ngày

29

4.5

Thể tích và thời gian sinh khí cực đại của các nghiệm thức

33

4.6

Kết quả sinh khí CH4 của thí nghiệm ủ theo mẻ

36

4.7

Trung bình khí thành phần của các nghiệm thức

37

vii


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Anh

Nghĩa tiếng Việt

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh học

C/N

Carbon/Nitrogen

Tỉ lệ cacbon / nitơ

CH4

Khí methane

CO2

Khí cacbonic

VS

Tổng chất rắn bay hơi

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

TS

Tổng chất rắn

H2S

Hydrogen sulfide

HRT

Hydraulic Retention Time

Thời gian tồn lưu

KHS

Khí sinh học

LB

Lục bình

NT

Nghiệm thức

O2

Khí oxy

ODM

Organic Dry Matter

PH

Chất hữu cơ khô
Phân heo

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

Tổng nitơ Kjeldahl

TN

Total Nitrogen

Tổng nitơ

TP

Total Photphorus

Tổng photpho

VS

Volatile Solids

Chất rắn dễ bay hơi

VSV

Vi sinh vật

viii


CHƯƠNG I MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) thuộc hạ lưu châu thổ sông Mekong có
diện tích 39.743 km2 gồm 12 tỉnh và 1 thành phố (Viện Quy hoạch Thủy lợi Miền
Nam, 2011). Với điều kiện tự nhiên thuận lợi, ĐBSCL có nền nông nghiệp phát
triển mạnh so với nhiều địa phương khác trong nước. Ngoài thế mạnh về cây lúa
nước và cây lương thực, chăn nuôi cũng là một trong những ngành đem lại hiệu
quả kinh tế cao. Đặc biệt là chăn nuôi heo với số đàn heo lên đến 3,77 triệu con
(Tổng cục Thống kê, 2012). Tuy nhiên nếu xét về khía cạnh môi trường, chất thải
từ ngành chăn nuôi lại là một nguồn gây ô nhiễm lớn. Nhằm giảm thiểu ô nhiễm

môi trường từ chăn nuôi thì sử dụng hầm ủ hay túi ủ biogas là một trong những
lựa chọn hàng đầu. Từ khi được đưa vào sử dụng cho đến nay, các hầm ủ và túi ủ
biogas phát triển khá tốt với nhiều dự án đã được triển khai. Hiện nay biogas đã
trở thành một phần rất quan trọng trong mô hình V-A-C-B (vườn – ao – chuồng biogas) – một mô hình đang được khuyến cáo áp dụng cho vùng nông thôn
ĐBSCL. Đây là mô hình khép kín, giúp giảm rủi ro trong sản xuất, không gây ô
nhiễm môi trường và giúp người nông dân cải thiện thu nhập. Tuy nhiên do tập
quán chăn nuôi nhỏ lẻ, giá cả bấp bênh, dịch bệnh nên số lượng đàn heo diễn biến
phức tạp dẫn đến sự không ổn định và thiếu hụt nguồn nguyên liệu nạp cho túi ủ
biogas. Điều này đã dẫn đến việc sử dụng và khai thác hầm ủ biogas không đạt
hiệu quả cao.
Trong khi đó, lục bình (Eichornia crassipes) là loài cây thủy sinh rất phổ
biến ở ĐBSCL. Trong điều kiện môi trường và khí hậu thích hợp, năng suất lục
bình có thể đạt 175 tấn lục bình khô/ha/năm (Kha Mỹ Khanh, 1990 trích từ O.P.
Chawla). Sự phát triển nhanh chóng của lục bình đang gây nhiều vấn đề cho môi
trường như gây tắc nghẽn giao thông, giảm tốc độ dòng chảy, gây bồi lắng sông
rạch, phân hủy làm ô nhiễm nguồn nước. Nhiều vùng nông thôn đồng bằng sông
Cửu Long, lục bình phát triển mạnh đến mức người dân phải sử dụng thuốc khai
hoang để diệt lục bình trên sông rạch.
Các nghiên cứu về biogas trên thế giới và trong nước đã cho thấy việc ủ yếm
khí đơn thuần một loại nguyên liệu ủ có tỷ lệ C/N quá cao hoặc quá thấp sẽ cho
hiệu suất sinh khí kém hơn là sử dụng thêm các chất độn (Nguyễn Đức Lượng và
Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). Nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân (2012)
đã cho thấy lục bình có khả năng phân hủy và sinh khí biogas khá tốt, đáp ứng
được yêu cầu nguyên liệu thay thế cho quá trình ủ yếm khí. Tuy nhiên, kích cỡ
của lục bình khá lớn có thể gây trở ngại cho quá trình ủ yếm khí như làm túi ủ dễ
bị ngẹt, mau chóng đầy và khả năng phân hủy kém so với phân heo. Do vậy, kích

1

cỡ của lục bình sẽ là một yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến khả năng sinh khí
biogas. Kích thước nguyên liệu ủ càng nhỏ thì cho khả năng sinh khí biogas càng
tốt (Sharma, 1988; Anthony Mshandete et al., 2006). Cho đến nay, các nghiên cứu
về ảnh hưởng của kích cỡ lục bình lên khả năng sinh khí biogas trong ủ yếm khí
kết hợp với phân heo vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ trong điều kiện trong điều
kiện thực tế ở ĐBSCL. Vì thế, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng các kích cỡ lục bình
nghiền nhỏ lên khả năng sinh khí sinh học” đã được thực hiện.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu tổng quát: tận dụng nguồn sinh khối lục bình làm nguồn
nguyên liệu bổ sung ch biogas bên cạnh phân heo.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể: đánh giá ảnh hưởng của kích cỡ lục bình có phối trộn
phân heo lên: lượng khí methane tích dồn, năng suất sinh khí biogas và hàm lượng
khí CH4.
1.3 Nội dung nghiên cứu
 Bố trí thí nghiệm ủ yếm khí theo mẻ để đánh giá ảnh hưởng của kích
cỡ lục bình nghiền nhỏ có phối trộn phân heo ở tỉ lệ 50 – 50 lên tổng lượng khí
biogas, năng suất sinh khí biogas và hàm lượng khí CH4.
 Phân tích và đánh giá hổn hợp mẻ ủ qua các thông số: tổng vi sinh vật
yếm khí, tổng coliform, faecal coliform, TKN, TP, VS, TS, tỉ lệ C/N vào các ngày
đầu, ngày 20, 45 của mẻ ủ.
 Phân tích và đánh giá diễn biến các thông số môi trường mẻ ủ như pH,
nhiệt độ, điện thế ôxi hóa – khử, độ kiềm.
 Phân tích và đánh giá lượng khí biogas sinh ra trong mẻ ủ và các khí
thành phần như CH4, CO2, O2 và H2S.

2


CHƯƠNG II LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Quá trình sinh học yếm khí

2.1.1 Giới thiệu về khí sinh học
a. Khí sinh học là gì?
Quá trình phân hủy nếu xảy ra trong môi trường không có oxi thì được gọi là
quá trình phân hủy kị khí hoặc yếm khí và sản phẩm của quá trình này được gọi là
khí sinh học (KSH). Thành phần chủ yếu của KSH là khí methane (CH 4) chiếm
khoảng 55% – 65% tổng lượng khí (Nguyễn Quang Khải, 2009; Nguyễn Quang
Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010). Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng
(1997) thì KSH là sản phẩm bay hơi của quá trình lên men kỵ khí phân giải các
hợp chất hữu cơ phức tạp.
Theo RISE – AT, 1998 trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm,
2013 nhiệt trị của biogas từ 4.500 ÷ 6.000 kcal/m3 tùy thuộc vào phần trăm CH4
hiện diện trong hỗn hợp khí. (nhiệt trị của khí CH4 gần 9.000 kcal/m3). Chính vì
vậy, lượng khí methane đo được càng nhiều thì sản phẩm khí sinh ra có chất
lượng càng tốt.
b. Thành phần khí sinh học
Tỷ lệ (%) các thành phần khí trong khí sinh học được thể hiện trong Bảng
2.1
Bảng 2.1: Tỷ lệ (%) các thành phần khí sinh học
Tỷ lệ (%)
STT

Thành phần biogas
(1)

(2)

1

Methane (CH4)

55 – 65

55 – 70

2

Carbondioxide (CO2)

23 – 45

30 – 45

3

Nitrogen (N2)

0–3

0–3

4

Hydrogen (H2)

0–1

0–1

5

Hydrogen sulphide
(H2S)

-

200 - 4000 ppm

Nguồn: (1) Chongpak Polpaset, 1989
(2)

RISE-AT, 1998 trích dẫn bởi Nguyễn Hữu Chiếm và Lê Hoàng Việt, 2013

Thành phần chính của biogas chủ yếu là khí methane (CH4), là một thành
phần quan trọng giúp biogas cháy được và có thể sử dụng chủ yếu vào việc nấu
ăn, thắp sáng và sấy khô nông sản, ở những nơi có điều kiện hơn có thể chạy máy,
bơm nước hoặc phát điện.
3


2.1.2 Cơ chế quá trình lên men yếm khí
Quá trình lên men yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm
phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên, người ta thường đơn giản hóa chúng
bằng phương trình sau:
{CHONS} → CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Q
a. Quá trình phát triển của vi khuẩn yếm khí
Vi sinh vật (VSV) hấp thu thức ăn trong môi trường để tăng trưởng. Như vậy, sự
tăng trưởng của một tế bào VSV là sự gia tăng về số lượng các cấu tử trong tế bào
gia tăng kích thước và trọng lượng. Đến cuối giai đoạn tăng trưởng thì tế bào phân
cắt cho ra tế bào con. Quá trình sinh học xảy ra trong lên men methane là quá
trình phát triển của VSV yếm khí và các quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ

thành các chất khí, trong đó khí methane chiếm tỷ lệ rất lớn.

Hình 2.1: Sự phát triển của vi sinh vật trong lên men methane
(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2008)

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 yếm khí, vi khuẩn hiếu khí và cả vi khuẩn yếm khí tùy nghi.
Sở dĩ trong thời gian đầu có phát triển cả vi khuẩn hiếu khí vì trong dịch lên
men chất thải còn tồn tại một lượng oxy hòa tan nhất định, các loài vi khuẩn hiếu
khí sử dụng oxy hòa tan này để tăng số lượng. Khi lượng oxy hết dần, lượng vi
khuẩn hiếu khí giảm dần và chết hết khi quá trình tạo methane xuất hiện.
Giai đoạn 2: Trong giai đoạn này có sự phát triển rất mạnh các loài 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 các loài vi khuẩn sinh methane. Đây là loài vi khuẩn chiếm số
lượng nhiều nhất và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên men methane.

4


Toàn bộ các loài 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: nhóm
vi khuẩn lên men và thủy phân, nhóm vi khuẩn tạo acid, nhóm vi khuẩn sử dụng
H2 tạo methane, nhóm vi khuẩn sử dụng acid acetic tạo 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, Staphylococcus.
Các vi khuẩn sinh methane trong mẻ phản ứng bao gồm: Nhóm vi khuẩn
hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), nhóm vi khuẩn hình cầu

(Methanoccocus, Methanosarcina) (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy
Dương, 2008)
b. Quá trình phản ứng sinh hóa
Chất hữu cơ
Carbo hydrates, proteins, fats

Thủy phân và lên men
Vi khuẩn tạo acid
Acid hữu cơ, rượi và các hợp chất trung
tính khác

Quá trình khử hydro của nhóm aceton
Acetat

H 2 , CO 2

Acetogenic bacteria
Hydro hóa nhóm aceton

Khử gốc Carboxyl của
Acetat

VK Aceto latic

Sinh Methane từ phản
ứng khử

Nhóm VK sử dụng H2

CH4+CO2

CH4+CO2

Hình 2.2: Cơ chế tạo khí methane từ chất thải hữu cơ
(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2008 trích từ Brown và Taga, 1985)

Toàn bộ quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ xảy ra trong quá trình lên men yếm
khí được thể hiện theo sơ đồ sau (Hình 2.2)

5


Quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ được chia làm 3 giai đoạn:
- Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử
- Tạo nên các axit
- Tạo methane
4%

H2
Chất hữu cơ
cao phân tử

28%

24%
76%

CH 4

Axit

hữu cơ
52%
72%

Axit axetic
20%

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Giai đoạn III

Thủy phân

Tạo acid

Tạo methane

Hình 2.3: Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí
(Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2005 trích từ Mc. Carty, 1981)

- Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân
Các chất hữu cơ trong nước thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử như
chất béo, carbohydrates, cellulose, lignin. Một vài loại ở dạng không hòa tan. 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, carbohydrates thành các đường đơn, chất béo thành các acid béo chuỗi

dài. Tuy nhiên, các chất hữu cơ như là 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 I 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
và các yếu tố môi trường như là pH và nhiệt độ.
- Giai đoạn 2: giai đoạn sinh acid
Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được chuyển hóa thành
acid acetic, H2 và CO2 bởi vi khuẩn Acetogenic. Tỉ lệ của các sản phẩm này tùy
thuộc vào hệ VSV trong hầm ủ và các điều kiện môi trường.
- Giai đoạn 3: giai đoạn tạo thành khí methane
Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ được chuyển đổi thành methane và các sản
phẩm khác bởi nhóm vi khuẩn methane. Vi khuẩn methane là những vi khuẩn yếm
khí bắt buộc có tốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn
2. Các vi khuẩn methane sử dụng acid acetic, methanol, CO2 và H2 để sản xuất
methane trong đó acid acetic là nguyên liệu chính với từ 70% methane được sản
6


sinh ra từ nó. Phần methane còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ acid
formic nhưng phần này không quan trọng vì các sản phẩm này chiếm số lượng ít
trong quá trình lên men yếm khí.
Các phản ứng có thể được biểu diễn qua các phương trình sau:
Nguyên liệu

CO2 + H2+ acetate

Nguyên liệu

CO2 + H2+ acetate
propionate + butyrate + ethanol

CH3COO- + H2O

CH4 + HCO3- + năng lượng

4H2 + HCO3- + H+

CH4 + 3H2O + năng lượng

2.1.3 Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí
Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng
nếu như chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa
vi khuẩn đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp
cho hầm ủ nên được điều chỉnh ở 5  10%, 90  95% còn lại là nước.
a. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến
tốc độ sinh khí. Theo Yadvika et al (2004), trong quá trình sản xuất khí sinh học
VSV yếm khí hoạt động mạnh ở vùng ưa ấm và ưa nhiệt. Thông thường biên độ
nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình sản xuất biogas (Fabien, 2003).
- 25  40oC: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các VSV ưa ấm
- 50  65oC: nhiệt độ thích hợp cho các VSV ưa nhiệt
Nói chung, khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong
khoảng 40  50oC thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp
cho cả hai loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60oC tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá
trình sinh khí bị kìm hãm hoàn toàn ở nhiệt độ 65oC trở lên. Việc sản xuất khí sinh
học đạt tới mức tối đa khi nhiệt độ của mẻ ủ được duy trì ở 35 oC (R. Chandra et al.,
2012)
Hoạt động của vi khuẩn sinh methane chịu ảnh hưởng rất mạnh của nhiệt độ
môi trường. Trong điều kiện tự nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất đối với chúng là 30
- 40oC. Nhiệt độ thấp hoặc thay đổi đột ngột đều làm cho quá trình sinh methane

yếu đi (Nozhevnikova et a.l, 1999 trích từ Yadvika et al., 2004).

7


Hình 2.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
(Nguồn: Lê Hoàng Việt, 2003 trích từ Price and Cheremisinoff, 1981)

b. Ảnh hưởng của pH và độ kiềm
Giá trị pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6  7,6 tối ưu trong
khoảng từ 7  7,2 (Mc. Carty, 1964). Nhưng theo Gerardi (2003); Yadvika et al
(2004) pH trong hầm ủ tối ưu nên ở mức 6,8 - 7,2. Tuy vi khuẩn tạo acid có thể
chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế ở pH này.
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 là do các độc tố trong nguyên liệu nạp đã ức chế hoạt
động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này lập tức ngưng nạp cho hầm ủ
để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh
khí bình thường trở lại thì mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy
định. Ngoài ra, có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ (Nguyễn Quang Khải
và Nguyễn Gia Lượng, 2010).
Độ kiềm là điều cần thiết để kiểm soát độ pH thích hợp. Độ kiềm phục vụ
như một bộ đệm ngăn chặn các thay đổi nhanh chóng trong pH. Sự ổn định của
phân hủy được tăng cường bởi một độ kiềm cao nồng độ của giá trị tối ưu 1500 3000 mgCaCO3/L (Gerardi, 2003). Theo Nguyễn Hữu Chiếm và Lê Hoàng Việt
(2013), độ kiềm của hầm ủ cần phải được giữ ở khoảng 1000 - 5000 mgCaCO3/L
để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu nạp.
c. Ảnh hưởng của độ mặn
Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu nạp là nước. Với phân heo cứ một
xô phân cần hai xô nước. Tại nhiều vùng ở ĐBSCL, vào mùa khô nước ngọt
không phải lúc nào cũng có nên Trung tâm năng lượng mới đã tìm hiểu khả năng
sinh biogas của hầm ủ tùy thuộc vào độ muối trong nước. Kết quả cho thấy 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. Với nồng độ dưới 3%, khả năng sinh
khí không bị giảm đáng kể. Như vậy, việc phát triển hầm ủ biogas tại các vùng
nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 2005).

8


d. Tỷ lệ cacbon và nitơ (C/N)
KSH sinh ra do quá trình phân hủy các CHC được quyết định bởi quần hệ vi
khuẩn. Môi trường dinh dưỡng tối ưu cho vi khuẩn sinh tổng hợp cấu trúc tế bào
khi nguyên liệu phân hủy có tỷ lệ C/N trong khoảng 20 - 30, bởi vi khuẩn sử dụng
C nhiều hơn sử dụng N từ 20 đến 30 lần (Bardiya and Gaur, 1997; Malik et al,
1987; Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010). Tỷ lệ C/N quá cao thì
quá trình phân hủy xảy ra chậm. Ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá trình phân
hủy ngừng trệ vì tích lũy nhiều amoniac là một độc tố đối với vi khuẩn.
Thực tế người ta thường cố gắng đảm bảo tỉ lệ C/N khoảng 20 - 40. Vì thế
phân trâu, bò, lợn có tỷ lệ C/N gần khoảng thích hợp. Phân người và phân gia cầm
có tỷ lệ C/N thấp, các nguyên liệu thực vật thường có tỷ lệ C/N cao. Để đảm bảo
tỷ lệ C/N thích hợp ta nên dùng hỗn hợp các loại nguyên liệu, chẳng hạn dùng
phân người, phân gia súc, gia cầm với rơm rạ (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị
Thùy Dương, 2008); phân heo với lục bình (Nguyễn Võ Châu Ngân, 2012)
Bảng 2.2: Tỷ lệ C/N của một số loại nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật
Tỷ lệ C/N
Nguồn
Rơm

Lục bình

Nguyễn Quang Khải (2001)

48 – 117

12 - 25

Nguyễn Hữu Phong (2009)

-

30

Nguyễn Văn Thu (2010)

40,5

25,2

Nghiêm Bích Ngọc (2013)

-

42,87

e. Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp
Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:
- Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng VS/ m3/ngày.
- Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT.
Lượng CHC nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn
3 không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn
methane. Lượng CHC nạp thấp sẽ làm cho lượng khí sinh ra không đủ đáp ứng

nhu cầu sử dụng và hầm ủ không mang lại hiệu quả kinh tế vì nó được xây dựng
lớn hơn thể tích cần thiết (Lê Hoàng Việt, 2005).
Lượng chất hữu cơ tối ưu để nạp cho các hầm ủ không có giá bám cho vi
khuẩn là 1  4 VS/m3/ngày (Eder and Schulz, 2007); đối với hầm ủ có giá bám cho
vi khuẩn là 1  15 kg VS/m3/ngày.

9


f. Ảnh hưởng của các độc tố
Đây là quá trình lên men yếm khí, do đó sự có mặt của oxy thường gây ức
chế toàn bộ quá trình chuyển hóa. Trong trường hợp này, oxy được xem như là
chất tạo độc đối với những loài vi khuẩn yếm khí.
Ngoài ra, còn có một số các chất khác có khả năng gây độc cho VSV. Các
chất độc và liều lượng gây độc của chúng được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3: Khả năng gây độc của một số chất
STT

Các chất

Liều lượng gây độc cho vi khuẩn (mg/L)

1

Acid bay hơi

2

Nitơ ammoniac

3

Sulfide

4

Canxi

2500  4500

5

Magne

1000  1500

6

Kali

2500  4500

7

Natri

3500  5500

8

Đồng

0,5

9

Cadmi

500

10

Sắt

11

Crom (+6)

3

12

Crom (+3)

500

13

Nikel

> 200 (tính theo acid axetic)
1500  3000 (ở pH = 7,6)
>200

1750

2

(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương)

g. Tỉ lệ chất khô và độ pha loãng của nguyên liệu
Tỉ lệ pha loãng ảnh hưởng đến tốc độ sinh khí và loại bỏ nguyên liệu đã phân
huỷ ra khỏi bể. Tỉ lệ chất khô khoảng 9 - 10% là thích hợp cho khả năng sinh khí
và loại bỏ nguyên liệu. Nồng độ chất khô lên 20% thì tiết kiệm được 50% thể tích
bể, nhưng rất dễ bị thừa axit và giảm khả năng tạo khí. Tỉ lệ nước/phân đưa vào bể
thường dao động từ 1/1 đến 7/1. Tỉ lệ pha loãng 1/1 đối với phân bò và 2/1 đối với
phân heo là phổ biến (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997).
Sự hoạt động bình thường của vi khuẩn methane cần khoảng 90% nước để ủ
vật liệu thải và 8 - 10% chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2001). Đối với mẻ ủ vận
10


hành ở nồng độ chất rắn thấp thì hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho
mẻ ủ nên được điều chỉnh ở mức 5 - 10%, còn lại 90 - 95% là nước (Fabien,
2003).
Khống chế độ ẩm để kích thích VSV hoạt động, độ ẩm cao hơn 96% thì tốc
độ phân hủy chất hữu cơ giảm, sản lượng gas tạo ra ít, nhưng độ ẩm nhỏ hơn 20%
cũng sẽ cản trở quá trình phát triển của vi sinh vật. Ẩm độ thích hợp nhất cho hoạt
động của vi sinh vật là 91,5 - 96,0%. Độ ẩm trung bình thích hợp của nguyên liệu
là 60% (Lê Hoàng Việt, 2005).

Đối với các loại phân, hàm lượng chất khô tối ưu vào khoảng 7 - 9%. Đối
với bèo tây, hàm lượng là 4 - 5%, rơm rạ là 5 - 8%. Nguyên liệu ban đầu có hàm
lượng chất khô cao nên cần phải pha thêm nước. Tỉ lệ pha loãng thích hợp là 1 - 3
lít nước cho 1 kg phân (Nguyễn Quang Khải, 2009).
h. Khuấy trộn
Trong bể lên men tĩnh, khối dịch lên men phân ra làm ba lớp rất rõ. Ba lớp
này được trình bày trong Hình 2.5.

Hỗn hợp các loại khí trong
đó có CH4 chiếm đa số
(>50%)
Lớp váng nổi

Các loại

CH4

CO2

Dung dịch chưa nhiều chất
hữu cơ phân hủy

khí khác
Lớp bùn cặn chứa nhiều
VSV
Các loại

CH
COSự
4

2 phân lớp trong dịch lên men methane
Hình
2.5:

khí khác

(Nguồn: Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2008)

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 (hình
2.5). 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. Nếu khuấy đảo có thể khắc phục được nhược điểm

11


trên, quá trình phân hủy xảy ra nhanh hơn, đồng đều hơn (Nguyễn Quang Khải và
Nguyễn Gia Lượng, 2010).
Trong quá trình phân hủy của mẻ ủ, cần trộn đều nguyên vật liệu trong mẻ ủ,
đặc biệt là đối với các thành phần có nguồn gốc thực vật, do gặp phải hiện tượng
nổi vật liệu. Khi trộn đều vật liệu là làm tăng sự tiếp xúc giữa vi khuẩn với chất
nền và cải thiện được số lượng vi khuẩn để tiêu hủy chất dinh dưỡng. Trộn vật
liệu cũng có thể ngăn chặn quá trình hình thành bọt khí và tạo sự đồng đều nhiệt
độ trong mẻ ủ. Tuy nhiên khi trộn quá mức, quá nhanh sẽ phá vỡ quần thể vi sinh
vật trong vật liệu ủ, vì thế, tốt nhất là nên khuấy trộn đều và nhẹ nhàng (Fabien,
2003).
i. Tiền xử lý nguyên liệu
Các vật liệu sợi, đặc biệt là rơm rạ, cỏ, cỏ dại và thân cây phải xử lý trước

khi ủ vì chúng có lớp vỏ bên ngoài rất khó phân hủy nên cần có thời gian làm
chúng mục nát. Tiền xử lý nhằm mục đích giảm kết tinh của cellulose, tăng diện
tích bề mặt sinh khối, làm cho cellulose dễ tiếp cận hơn với các enzyme để chuyển
đổi polymer carbohydrate thành đường lên men có thể đạt được nhanh hơn và với
sản lượng lớn hơn. Tiền xử lý bao gồm các phương pháp vật lý, hóa học, sinh học
và sự kết hợp giữa chúng (Alvira et al., 2009).
j. Kích cỡ nguyên liệu
Kích cỡ nguyên liệu là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng
sản xuất biogas, kích cỡ nguyên liệu không nên quá lớn nó sẽ dẫn đến tắc nghẽn
hầm ủ và cũng gây khó khăn cho vi khuẩn thực hiện quá trình phân hủy. Các
nguyên liệu có kích cỡ nhỏ sẽ có bề mặt tiếp xúc lớn, gia tăng hoạt động của VSV,
tăng quá trình sinh khí diễn ra nhanh hơn. Theo nghiên cứu của Sharma et al
,(1988) ở 5 kích cỡ hạt (0,088; 0,40; 1,0; 6,0 và 30,0 mm), lượng KSH sinh ra tối
ưu ở các kích cỡ 0,088 và 0,40 mm. Một số nghiên cứu khác cũng cho rằng một
phương pháp tiền xử lý vật lý như nghiền có thể làm giảm đáng kể khối lượng
phân hủy yêu cầu mà không làm giảm khả năng sản xuất khí sinh học (Gollakota
and Meher, 1988; Moorhead and Nordstedt, 1993).
2.2 Đặc tính hóa học cơ bản và năng suất sinh khí biogas của một số
2.2.1 Đặc tính hóa học
Thực vật được dùng để làm thức ăn thêm cho động vật và dùng làm nguyên
liệu lót chuồng như: rơm rạ, cây họ đậu, lục bình, thân cây bắp, bã mía, cũng tùy
thuộc vào loài thực vật mà có các đặc điểm hóa học khác nhau.

12


Bảng 2.4: Đặc tính hóa học cơ bản của các nguyên liệu thực vật
Loại nguyên liệu

%N

%P2O5

%K2O

0,35 - 0,5

0,137

3,26

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

Rơm rạ
Cây họ đậu

(Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001)

2.2.2 Năng suất sinh biogas
Sản lượng khí sinh ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần nguyên
liệu, loại nguyên liệu, điều kiện ủ.
Bảng 2.5: Năng suất sinh biogas của một số loại nguyên liệu thực vật
Hàm lượng chất khô
(%)

Tỷ lệ C/N

Sản lượng khí hàng
ngày (L/kg)

Bèo tây tươi

4-6

12 - 25

0,3 - 0,5

Rơm rạ khô

80 - 85

48 - 117

1,5 - 2,0

Nguyên liệu

(Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001)

Theo Bảng 2.5 trong thời gian 1 ngày với khoảng 1 kg bèo tây tươi sẽ có khả
năng sinh ra khoảng 0,3 - 0,5 L biogas, với 1kg rơm rạ khô biogas có khả năng
sinh ra khoảng 1,5 - 2,0 L biogas, nhiều hơn bèo tây tươi. Kết quả này là do hàm
lượng chất khô trong rơm rạ chiếm phần trăm cao hơn bèo tây tươi khoảng 15 - 20
lần.
2.3 Sơ lược về các nguyên liệu ủ
2.3.1 Lục bình
Lục bình (Eichhornia Crassipes) còn gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bèo sen.
Là loài cỏ đa niên, thuộc nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi, sinh sản rất
nhanh.

13

Hình 2.6: Cây lục bình (Eichhornia crassipes)

a. Nguồn gốc
Lục bình có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của Nam Mỹ nó đã du nhập vào
nhiều vùng ôn đới trên thế giới như Trung Mỹ, Bắc Mỹ (California, các bang
miền Bắc nước Mỹ), Châu Phi, Ấn Độ, Châu Á, Úc, NewZealand.
Ở Việt Nam, lục bình xâm nhập vào nước ta từ năm 1905 và nhanh chóng
lan ra khắp các chỗ có nước tù hãm hoặc nơi nước ngọt chảy chậm như ao, hồ,
giếng, mương, ven sông (Nguyễn Đăng Khôi, 1985 trích dẫn bởi Dương Thúy
Hoa, 2004)
b Nơi sống
Lục bình phát triển nhanh chóng ở những chổ ngập nước như hồ, suối, sông,
mương và các vùng nước tù đọng. Lục bình hấp thu dưỡng chất trực tiếp từ nước
và thường được sử dụng làm công cụ xử lý nước thải. Chúng thích hợp và phát
triển mạnh mẽ trong nguồn nước giàu dưỡng chất.
c Đặc điểm hình dáng
Lục bình là cây thân thảo sống trôi nổi trên mặt nước hoặc bám trên đất bùn.
Thân gồm một trục mang nhiều lông ngắn và những đốt mang rễ và lá.
- Lá: đơn, mọc thành chùm tạo thành hoa thị, phiến tròn dài 4 - 8 cm, bìa
nguyên, gân hình cung, mịn, đặc sắc, cuống lá rất xốp thường phù to tạo thành
phao nổi hình lọ ngắn và to ở cây non, kéo dài đến 30 cm ở cây già.
- Hoa: xanh nhạt hoặc xanh tím tạo thành chùm đứng, cao 10 - 20 cm, không
đều, đài và tràng cùng màu đính ở gốc, cánh hoa trên có đốm vàng, 3 tâm bì
nhưng chỉ có 1 tâm bì thụ, 6 tiểu nhị với 3 tiểu nhị dài và 3 tiểu nhị ngắn.
- Rễ: dạng sợi, bất định, không phân nhánh, mọc thành chùm dài và rậm ở
dưới chiếm 20 - 50% trọng lượng toàn cây tùy thuộc vào môi trường sống nhiều

14

hay ít dinh dưỡng (Nguyễn Đăng Khôi, 1985 trích dẫn bởi Nguyễn Văn Tùng,
2004).
d. Thành phần hoá học của lục bình
Thành phần hóa học của lục bình được thể hiện trong bảng 2.6.
Bảng 2.6 Thành phần hóa học của lục bình
Thành phần hóa học

Tỷ lệ (%) vật
chất khô

Protid

2,9

Glucid

0,9

Xơ

22,0

Tro

1,4

Calcium

40,8

Phosphor

0,8

Caroten
Vitamin C

0,66
20

(Nguồn: Võ Văn Chi, 1997 trích dẫn bởi Dương Thúy Hoa, 2004)

e. Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của lục bình
Lục bình có thể sinh trưởng và phát triển ở nhiệt độ 10 - 40oC nhưng mạnh
nhất ở 20 - 30oC. Vì vậy, điều kiện nhiệt độ ở ĐBSCL rất thích hợp cho sự phát
triển của lục bình. Tuy nhiên, ở phía Bắc do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc,
gió mùa đông khá lạnh nên lục bình chỉ phát triển mạnh từ tháng 4 đến tháng 10
và ra hoa vào khoảng tháng 10, tháng 11 (Nguyễn Đăng Khôi, 1985 trích dẫn bởi
Nguyễn Văn Tùng, 2010).
Lục bình có thể sống ở bất kì ao hồ nào. Tuy nhiên ở các ao, đầm nước tĩnh
nhiều chất dinh dưỡng thì lục bình sinh trưởng với tốc độ rất nhanh. Do đó lục
bình được xem là một cây lấn chiếm.
Trong môi trường và khí hậu thích hợp thì năng suất lục bình có thể đạt 175
tấn sinh khối khô/ha/năm (Nguyễn Đăng Khôi, 1985 trích dẫn bởi Nguyễn Văn
Tùng, 2010).
Tăng nhiệt độ và ẩm độ tương đối sẽ dẫn đến sự gia tăng năng suất của lục
bình. Trong buồng tăng trưởng với những điều kiện nhân tạo thuận lợi tối ưu cho
sự sinh trưởng của lục bình (nhiệt độ không khí 40 - 25oC, ẩm độ tương đối 75 -

15


95%) thì lục bình sẽ tăng trưởng với tốc độ 6 cây con trong 1 tuần. Giá trị này rất
cao nhưng trong điều kiện tương đối thuận lợi ngoài tự nhiên có sự kết hợp giữa
nhiệt độ và ẩm độ tương đối, tốc độ sinh trưởng của lục bình chỉ đạt 3 - 3,5 cây
con trong mỗi tuần. Hệ số tăng trưởng trong 2 tuần thấp hơn trong 1 tuần và ảnh
hưởng của ẩm độ lớn hơn nhiệt độ.
2.3.2 Phân heo
Phân heo là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc, gia
cầm không hấp thu được và thải ra ngoài cơ thể sau quá trình tiêu hóa. Thành
phần các chất trong phân rất phong phú bao gồm các dạng chủ yếu sau:
Các chất hữu cơ: phân có thành phần hữu cơ rất đa dạng như các hợp
chất protein, carbohydrate, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng.
Các chất vô cơ: chủ yếu là các hợp chất khoáng đa lượng chứa Calcium
(Ca), Phosphorus (P) và các nguyên tố vi lượng.
Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm: bao gồm các thuốc
kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh.
Các men tiêu hóa của bản thân gia súc: chủ yếu là các enzyme đường
tiêu hóa bị mất hoạt tính sau khi sử dụng.
-

Các mô và chất nhờn: tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa vật nuôi.

-

Các thành phần tạp: đất, đá, cát, bụi thâm nhập từ môi trường ngoài.

Ngoài ra còn có các yếu tố gây bệnh sinh học như: các vi khuẩn hay ký

sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa hay trong thức ăn của gia súc.
Thành phần dưỡng chất của phân heo là 0,5% nitrogen và 0,3% phosphat.
Thành phần này thay đổi theo lượng dưỡng chất của thức ăn và nước uống;
thay đổi theo nhu cầu của cá thể, nếu nhu cầu của cá thể cao thì sử dụng dưỡng
chất nhiều, phân sẽ ít và ngược lại; thay đổi theo có lót chuồng hay không.
Tỉ lệ C/N là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến khả năng
sinh khí biogas của nguyện liệu. Bảng 2.8 cho thấy giữa các loại phân động vật,
phân heo có tỉ lệ C/N cao nhất dao động từ 20 – 22. Điều này chứng tỏ phân heo
có khả năng dùng làm nguyên liệu ủ biogas tốt hơn các loại phân động vật khác.

16