đánh giá ảnh hưởng các kích cỡ của rơm phối trộn với phân heo lên khả năng sinh khí sinh học

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƢỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN

----------

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CÁC KÍCH CỠ CỦA RƠM
PHỐI TRỘN VỚI PHÂN HEO LÊN KHẢ NĂNG
SINH KHÍ SINH HỌC

Cán Bộ Hƣớng Dẫn

Sinh Viên Thực Hiện

ThS. NGUYỄN THỊ THU VÂN

TRƢƠNG NGỌC DIỆP

TS. NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN

NGUYỄN THÀNH LONG

2013


XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
TS. Nguyễn Võ Châu Ngân và ThS. Nguyễn Thị Thu Vân, Bộ Môn Kỹ Thuật Môi
Trƣờng, Khoa Môi Trƣờng và Tài Nguyên Thiên Nhiên xác nhận đề tài: “Đánh giá
ảnh hƣởng các kích cỡ của rơm phối trộn với phân heo lên khả năng sinh khí sinh

học” do sinh viên Trƣơng Ngọc Diệp và Nguyễn Thành Long lớp Kỹ Thuật Môi
Trƣờng Khóa 36 thực hiện.
Cần Thơ, ngày….tháng ….. năm 2013
Cán bộ hƣớng dẫn

TS. Nguyễn Võ Châu Ngân

ThS. Nguyễn Thị Thu Vân


XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2013
Cán bộ phản biện

Ths. Lê Hoàng Việt

ThS. Đỗ Thị Mỹ Phƣợng


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình làm luận văn, tuy chúng tôi gặp nhiều khó khăn nhƣng nhờ sự
quan tâm dạy dỗ tận tình giúp đỡ của các thầy cô, các cá nhân, tập thể và các bạn
trong lớp chúng tôi đã vƣợt qua khó khăn gặp phải. Vì vậy, chúng tôi xin chân
thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các cá nhân, tập thể đã giúp chúng tôi hoàn thành
luận văn này.
Kính dâng lên Cha Mẹ lòng biết ơn sâu sắc đối với bậc sinh thành đã suốt đời nuôi
dƣỡng và tạo điều kiện cho con học tập nên ngƣời. Suốt đời tri ân.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Thu Vân, thầy Nguyễn Võ Châu
Ngân đã tận tình hƣớng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và nhắc nhở chúng tôi khắc
phục, sửa chữa những sai sót trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Thành kính tri ân.
Nhân đây cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô thuộc Bộ môn Kỹ Thuật
Môi Trƣờng, Khoa Môi Trƣờng và Tài Nguyên Thiên Nhiên, trƣờng Đại Học Cần
Thơ đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến thầy Trần Sỹ Nam bộ môn Khoa Học Môi Trƣờng, chị
Nguyễn Thị Thùy, chị Lê Ngọc Diệu Hồng, chị Võ Thị Vịnh học viên Cao học
ngành Khoa Học Môi Trƣờng K18 đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện
đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn thân ái đến các bạn sinh viên lớp Kỹ Thuật Môi Trƣờng K36
trƣờng Đại Học Cần Thơ đã luôn giúp đỡ và động viên trong suốt thời gian làm đề

tài.
Chân thành cám ơn !
Sinh viên

Trƣơng Ngọc Diệp

Nguyễn Thành Long


TÓM TẮT
Đề tài: “Đánh giá ảnh hƣởng các kích cỡ của rơm phối trộn với phân heo lên khả
năng sinh khí sinh học” đƣợc thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá ảnh hƣởng của kích
cỡ rơm phối trộn với phân heo để đạt khả năng sinh khí tốt. Thí nghiệm đƣợc bố trí
theo mẻ hoàn toàn ngẫu nhiên với 5 nghiệm thức (NT) là NT1 [50% RO (1cm) +
50% PH], NT2 [50% RO (10cm) + 50% PH], NT3 [50% RO (20cm) + 50% PH],
NT4 [50% RO (không cắt) + 50% PH], NT5 (100% PH). Các nghiệm thức đƣợc
theo dõi liên tục trong 45 ngày và bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 5 lần lặp lại trong
bình ủ 21 lít ở điều kiện phòng thí nghiệm. Các thông số thể tích, thành phần biogas
và các yếu tố môi trƣờng mẻ ủ nhƣ pH, nhiệt độ, redox đƣợc theo dõi hằng ngày;
các thông số ODM, C/N, TN, TP, COD, tổng coliform, fecal coliform, tổng vi sinh
vật yếm khí đƣợc phân tích khi bắt đầu và kết thúc quá trình ủ. Kết quả nghiên cứu
cho thấy thể tích khí tích dồn của các nghiệm thức lần lƣợt là: NT1 (177,37 lít),
NT2(179,86 lít), NT3(188,31 lít), NT4(186,92 lít), NT5 (101,94 lít). Kết quả thống
kê cho thấy giữa các nghiệm thức có phối trộn phân heo khác biệt không ý nghĩa,
nhƣng khác biệt ý nghĩa so với NT5. Tổng thể tích khí ở tất cả các các nghiệm thức
có phối trộn đều lớn hơn so với NT5. Thành phần khí mêtan của NT1, NT2, NT3,
NT4, NT5 với các giá trị lần lƣợt là: 53,90%, 54,33%, 53,96%, 55,12%, 53,45%.
Năng suất sinh khí biogas của NT1, NT2, NT3, NT4, NT5 lần lƣợt là: 645,87 lít/kg
ODM; 732,88 lít/kg ODM; 698,67 lít/kg ODM; 777,50 lít/kg ODM; 481,80
lít/kgODM. Nghiệm thức sử dụng rơm kích cỡ không cắt để phối trộn cho năng suất

sinh khí tốt nhất trong 4 kích cỡ rơm sử dụng ( 1cm, 10cm, 20cm và không cắt).


CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam kết luận văn này đƣợc hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên
cứu của chúng tôi trong khuôn khổ của dự án “Sản xuất khí sinh học bền vững từ
rơm thải”. Dự án có quyền sử dụng kết quả của luận văn này để phục vụ cho dự án.
Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2013
Tác giả luận văn

Trƣơng Ngọc Diệp

Nguyễn Thành Long


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT
CAM ĐOAN
MỤC LỤC .............................................................................................................i
DANH SÁCH BẢNG ............................................................................................iv
DANH SÁCH HÌNH .............................................................................................vi
DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................vii
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU.........................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................2
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ..............................................................................2
1.2.1 Mục tiêu tổng quát ...............................................................................2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể.....................................................................................2
CHƢƠNG 2: LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU ...............................................................3

2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU RƠM .......................................................3
2.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới ..............................................3
2.1.2 Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam và ĐBSCL ............................................3
2.1.3 Thành phần, tính chất của rơm ............................................................3
2.1.4 Các hình thức xử lý rơm rạ ..................................................................4
2.2 CHĂN NUÔI Ở ĐBSCL .................................................................................6
2.2.1Đặc điểm chăn nuôi ..............................................................................6
2.2.2 Đặc tính chất thải chăn nuôi heo ..........................................................7
2.3 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC ...............................................................9
2.3.1 Khí sinh học .........................................................................................9
2.3.2 Thành phần khí sinh học ......................................................................9
2.3.3 Nguyên liệu để sản xuất KSH ..............................................................11
2.3.4 Năng suất sinh khí KSH của các nguyên liệu ......................................13
2.3.5 Các phản ứng sinh hóa của quá trình lên men yếm khí .......................15
2.3.6 Sự tăng trƣởng và phát triển của VSV yếm khí ...................................17

i


2.3.7 Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng đến quá trình
lên men yếm khí ............................................................................................18
2.3.8 Một số lợi ích của KSH .......................................................................28
2. 4 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ..................................................28
CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP VÀ PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ................30
3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ................................................30
3.1.1 Thời gian nghiên cứu ...........................................................................30
3.1.2 Địa điểm nghiên cứu ............................................................................30
3.2 PHƢƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU ....................................................................30
3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm ....................................................................30
3.2.2 Vật liệu thí nghiệm...............................................................................31

3.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................................31
3.3.1 Bố trí thí nghiệm ..................................................................................31
3.3.2 Phƣơng pháp thực hiện ........................................................................32
3.3.3 Phƣơng pháp thu mẫu và các chỉ tiêu theo dõi ....................................32
3.4 Phƣơng pháp tính toán ....................................................................................33
3.4.1 Xác định lƣợng DM cần nạp ................................................................33
3.4.2Xác định nguyên liệu khô cần nạp ........................................................33
3.4.3 Xác định năng suất sinh khí .................................................................34
3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu ..............................................................................34
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................35
4.1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NGUYÊN LIỆU NẠP..............................35
4.2 MỘT SỐ YẾU TỐ CỦA MẺ Ủ YẾM KHÍ ....................................................36
4.2.1 Nhiệt độ của mẻ ủ ................................................................................36
4.2.2 Giá trị pH .............................................................................................37
4.2.3 Hiệu điện thế oxy hóa khử ...................................................................38
4.2.4 Độ kiềm ................................................................................................39
4.3 KHẢ NĂNG SINH KHÍ CỦA MẺ Ủ .............................................................40
4.3.1 Thể tích khí biogas ...............................................................................40
4.3.2 Thể tích khí biogas tích dồn .................................................................42
4.3.3 Thành phần % CH4 của các nghiệm thức ............................................43

ii


4.3.4 Thành phần %CO2 và các khí khác .....................................................45
4.3.5 Năng suất sinh khí ................................................................................46
4.4 TIỀM NĂNG SỬ DỤNG BÃ THẢI SAU MẺ Ủ ...........................................47
4.4.1 TKN (Tổng Nitơ Kendal) ....................................................................47
4.4.2 TP (Tổng photpho) ...............................................................................47
4.4.3 COD (Nhu cầu Oxy hóa học) ..............................................................48

4.4.4 Tổng Coliform và Fecal Coliform ......................................................50
4.4.5 Tổng VSV yếm khí ..............................................................................52
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................53
5.1 KẾT LUẬN .....................................................................................................53
5.2 KIẾN NGHỊ .....................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................54
PHỤ LỤC

iii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

2.1

Số lƣợng heo ở các vùng trong năm 2012

6

2.2

Lƣợng phân thải của vật nuôi trong 24 giờ

7

2.3

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

8

2.4

Tính chất nƣớc thải chăn nuôi heo

8

2.5

Thành phần KSH theo các tài liệu khác nhau

9

2.6

Thành phần KSH của một số nƣớc khác nhau

10

2.7

Phần trăm khí CH4 của một số nguyên liệu

10

2.8

Tỉ số C/N của một số chất thải

12

2.9

Tỷ lệ C/N của các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật

12

2.10

Khả năng sinh khí của một số loại chất thải

13

2.11

Đặc tính và sản lƣợng KSH của một số nguyên liệu thƣờng gặp

14

2.12

Sản lƣợng khí sinh học sinh ra từ một số nguyên liệu hữu cơ

14

2.13

Sản phẩm tạo thành và một số VSV trong giai đoạn acid hóa

16

2.14

Sản phẩm và một số VSV trong giai đoạn mêtan hóa

17

2.15

Khoảng pH tối ƣu của một số vi khuẩn mêtan

21

2.16
2.17

Tỉ lệ C/N của một số loại chất thải hữu cơ có nguồn gốc động
vật
Tỉ lệ C/N của một số loại chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực
vật

22
22

2.18

Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất KSH

23

2.19

Mức độ ức chế của một số độc chất

24

2.20

Ảnh hƣởng của redox lên sự xuất hiện của một số chất

26

2.21
3.1

Các cation cộng hƣởng, đối kháng của quá trình lên men yếm
khí
Phƣơng tiện và phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu trong thí
nghiệm

27
32

iv

3.2

Khối lƣợng nguyên liệu nạp đầu vào

34

4.1

Thành phần hóa học của các nguyên liệu đầu vào

35

4.2

Tỷ lệ C/N đầu vào của từng nghiệm thức

35

4.3

Nhiệt độ trung bình của mẻ ủ trong 45 ngày

36

4.4

Giá trị pH trung bình của từng nghiệm thức

38

4.5

Tổng khí tích dồn theo từng giai đoạn thời gian

42

4.6

Thành phần %CH4 trong từng giai đoạn

44

v


DANH SÁCH HÌNH
Hình

Tên hình

Trang

2.1

Ba giai đoạn của quá trình ủ yếm khí

15

2.2

Sự phát triển của VSV trong lên men khí mêtan

18

2.3

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

20

2.4

Sự phân lớp trong dịch ủ mêtan

25

2.5

Mối quan hệ giữa các chất và các điện tử đƣợc thể hiện qua
giá trị redox

27

3.1

Mô hình bình nhựa dùng bố trí thí

30

3.2

Sơ đồ các nghiệm thức

31

4.1

Nhiệt độ hằng ngày của các nghiệm thức trong 45 ngày làm
thí nghiệm

37

4.2

Giá trị pH trong 45 ngày làm thí nghiệm

37

4.3

Giá trị độ oxy hóa khử

39

4.4

Diễn biến hàm lƣợng độ kiềm của 5 nghiệm thức

40

4.5

Thể tích khí Biogas từ ngày 1 đến ngày 45

41

4.6

Tổng thể tích biogas tích dồn của các nghiệm thức

42

4.7

Thành phần %CH4 từ ngày 1 đến ngày 45

43

4.8

Thành phần %CO2 và các khí khác

45

4.9

Kết quả thể tích khí biogas sinh ra trên 1kg ODM

46

4.10

Diễn biến hàm lƣợng Nitơ của 5 nghiệm thức

47

4.11

Diễn biến hàm lƣợng photpho của 5 nghiệm thức

48

4.12

Nồng độ COD đầu vào và đầu ra của 5 nghiệm thức

49

4.13

Tổng coliform đầu vào và đầu ra của 5 nghiệm thức

50

4.14

Fecal coliform đầu vào và đầu ra của 5 nghiệm thức

51

4.15

Tổng vi sinh vật yếm khí trong 5 nghiệm thức

52

vi


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
C

Nghĩa tiếng Anh
Carbon

CH4

Nghĩa tiếng Việt
Cacbon
Khí mêtan

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

C/N

Carbon/Nitrogen

Tỉ lệ cacbon / nitơ

DM

Dry Matter

Vật chất khô

ĐBSCL
HRT

Đồng bằng sông Cửu Long
Hydraulic Retention Time

Thời gian tồn lƣu
Nghiệm thức

NT
O2

Oxygen

Khí oxy

ODM

Organic Dry Matter

Vật chất hữu cơ khô

P

Phosphorus

Photpho

PH

Phân heo

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

Redox

Hiệu điện thế oxy hóa - khử

RO

Rơm

TKN

Total Kjeldahl Nitrogen

Tổng nitơ Kendal

TP

Total Photphorus

Tổng photpho

VS

Volatile Solids

Chất rắn dễ bay hơi

VSV

Vi sinh vật

vii


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

CHƢƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đƣợc biết đến là vùng sản xuất nông nghiệp
trọng yếu trong cả nƣớc. Theo Tổng Cục Thống kê (2012), tổng diện tích lúa đạt
7651,4 nghìn ha, tăng 162 nghìn ha so với năm 2010, trong đó diện tích lúa các tỉnh
thuộc vùng ĐBSCL đạt 4089,3 nghìn ha, tăng 143,4 nghìn ha so với năm 2010.
Theo khảo sát của Nguyễn Tuấn Thanh và Trần Thanh Thái (2012), với sản lƣợng

lúa 23 triệu tấn/năm thì lƣợng rơm phát sinh tại ĐBSCL vào khoảng 28÷40 triệu
tấn/năm. Tuy nhiên, đây là một nguồn nguyên liệu lớn chƣa đƣợc khai thác hết tiềm
năng và nhiều vấn đề chƣa đƣợc quan tâm đúng mức nhƣ bãi chứa, phế phẩm sau
thu hoạch (rơm rạ, vỏ trấu...v.v). Theo tập quán sản xuất nông nghiệp của đa số
ngƣời dân, rơm rạ sau khi thu hoạch thƣờng đốt bỏ trên đồng ruộng. Theo ƣớc tính,
khi đốt một tấn rơm sẽ thải ra 1.067,55 kg CO2 và 12,62 kg NO; về dinh dƣỡng, đốt
rơm đã làm mất 99,86% lƣợng N, 18,74% lƣợng P và 43,64% lƣợng K trong rơm
(Ngô Thị Thanh Trúc, 2005). Đây là sự lãng phí nguồn nguyên liệu và gây ô nhiễm
môi trƣờng. Do đó, vần đề giải quyết lƣợng rơm thải theo hƣớng hữu ích về mặt
kinh tế và bảo vệ môi trƣờng là một hƣớng nghiên cứu cần đƣợc quan tâm.
Bên cạnh trồng lúa ĐBSCL còn có thế mạnh về chăn nuôi, đặc biệt là chăn nuôi heo
với số lƣợng heo tính đến thời điểm 1/10/2013 là 26,3 triệu con (Tổng Cục Thống
kê, 2013). Tuy nhiên các chất thải phát sinh từ chăn nuôi vẫn chƣa đƣợc xử lý triệt
để đã làm tăng nguy cơ ô nhiễm môi trƣờng. Giải pháp xử lý chất thải bằng hầm ủ
biogas đƣợc xem là giải pháp mang tính hiệu quả cao, xử lý chất thải một cách vệ
sinh, tạo ra nguồn năng lƣợng tại chỗ cho nông hộ, nguồn thức ăn cho cá. Tuy nhiên
tình hình dịch bệnh nhƣ dịch tả, lỵ, heo tai xanh, lở mồm long móng, tụ huyết
trùng… ngày càng diễn biến phức, giá thức ăn gia súc tăng và giá heo trên thị
trƣờng bấp bênh, không ổn định. Vì những lý do trên tình trạng ngƣời chăn nuôi
phải giảm số lƣợng đàn heo hay bỏ trống chuồng trại do chăn nuôi thua lỗ là khá
phổ biến. Tình hình triển khai và sử dụng hầm ủ biogas vì thế cũng bị ảnh hƣởng.
Một số nghiên cứu về công nghệ biogas cho thấy việc ủ một loại nguyên liệu sẽ cho
hiệu suất sinh khí kém hơn so với sử dụng thêm chất độn (Nguyễn Đức Lƣợng và
Nguyễn Thị Thùy Dƣơng, 2003).
Chính vì vậy, vấn đề đặt ra là tìm kiếm một nguồn nguyên liệu dồi dào và sẵn có tại
địa phƣơng để bổ sung cho hầm ủ bên cạnh nguồn nguyên liệu nạp chính là phân
heo để đảm bảo hầm ủ hoạt động ổn định, ngƣời dân yên tâm đầu tƣ xây dựng các
hầm ủ mới, góp phần phát triển nền chăn nuôi bền vững.
Ở ĐBSCL một số nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để tìm nguồn nguyên liệu bổ sung
cho hầm ủ. Trong đó nghiên cứu của Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv. (2012) cho

thấy rơm sau ủ nấm có thể sử dụng nhƣ một nguồn nguyên liệu nạp bổ sung cho
hầm ủ biogas. Tuy nhiên lƣợng rơm sau ủ nấm chiếm tỉ lệ không cao do số hộ dân
sử dụng rơm để ủ nấm chiếm rất ít khoảng 12,37% trong tổng số hộ dân đƣợc khảo
sát (Nguyễn Tuấn Thanh và Trần Thanh Thái, 2012). Trong khi đó nguồn rơm thải
với số lƣợng lớn có thể là nguyên liệu nạp cho hầm ủ biogas nhƣng vẫn chƣa đƣợc
SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

1


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

khai thác. Để có thể sử dụng rơm cho hầm ủ biogas cần phải quan tâm đến thành
phần và cấu trúc của rơm. Thành phần chính của rơm rạ là những hydratcacbon
gồm licnocellulose 37,4%; hemicellulose 44,9%; lignin 4,9% và hàm lƣợng tro (oxit
silic) cao từ 9  14% (Nguyễn Lân Dũng, 2011). Theo Nguyễn Quang Khải và
Nguyễn Gia Lƣợng (2010), thành phần cellulose trong rơm là một loại polymer sinh
học mạch dài đƣợc bảo vệ bởi phức hợp lignin-hemicellulose dày đặc chống lại sự
thủy phân của vi sinh vật (VSV). Vì vậy, khi sử dụng rơm tự nhiên cho hầm ủ
biogas cần phải có một bƣớc tiền xử lý làm phá vỡ mối liên kết giữa lignin và
hemicellulose để quá trình thủy phân cellulose đƣợc dễ dàng và đạt hiệu quả sinh
khí tốt. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài “Đánh giá ảnh hƣởng các kích cỡ của rơm
phối trộn với phân heo lên khả năng sinh khí sinh học” đƣợc thực hiện.
1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Tận dụng nguồn sinh khối rơm thải ở ĐBSCL để sản xuất khí sinh học có phối trộn
với phân heo.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định tổng khí, thành phần (%) khí CH4 , năng suất sinh khí của các nghiệm
thức.
Xác định đƣợc kích thƣớc rơm phù hợp để phối trộn với phân heo dùng làm nguyên
liệu nạp bổ sung cho hầm ủ yếm khí với phƣơng pháp tiền xử lý rơm bằng nƣớc bùn
đen.

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

2


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

CHƢƠNG 2
LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU RƠM
2.1.1 Tình hình sản xuất lúa gạo trên thế giới
Đến năm 2006, trên thế giới có 114 quốc gia trồng lúa, phân bố trên tất cả các châu
lục nhƣng nhiều nhất là ở châu Á. Phạm vi trồng lúa trên thế giới rất rộng, từ xích
đạo đến 50o vĩ Bắc và 35o vĩ Nam, từ vùng thấp đến vùng cao, từ những vùng nóng
ẩm của Ấn Độ đến các vùng sa mạc có tƣới ở Pakistan và ở độ cao 2500 m so với
mực nƣớc biển. Lúa có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau, từ vùng phù sa màu
mỡ đến các loại đất cát, đất sét, đất bạc màu, đất trũng úng ngập, nghèo dinh dƣỡng.
Điều đó chứng tỏ là cây lúa có khả năng thích ứng rộng với những điều kiện sinh
thái khác nhau trên toàn thế giới. Về sản lƣợng, theo nguồn số liệu của FAO trích
dẫn của Nguyễn Phƣớc Tuyên (2012) sản lƣợng lúa trên toàn thế giới năm 2010 đạt
700 triệu tấn (467 triệu tấn gạo), năm 2011 sản lƣợng đạt 723 triệu tấn (482,4 triệu
tấn gạo) tăng 3,4% so với năm 2010.

2.1.2 Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam và ĐBSCL
Cây lúa có vị trí quan trọng đặc biệt ở ĐBSCL, đóng góp 55,8% sản lƣợng lúa cả
nƣớc và 90% gạo xuất khẩu; kế đến cây ăn trái, mía đƣờng, thủy hải sản, chăn nuôi
vịt, trâu bò, heo,… (Bùi Quang Huy, 2012).
Trƣớc những năm 1980, ĐBSCL chỉ trồng một vụ lúa trong mùa mƣa, không bón
phân hay phun thuốc, năng suất lúa rất thấp, chỉ vào khoảng 2÷3 tấn/ha/năm, sau
những năm 80 của thế kỷ 20 ở ĐBSCL đã làm đê để có thể canh tác đƣợc 3 vụ lúa
mỗi năm (Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, 2008). Trồng lúa 3 vụ/năm
đã giúp cho năng suất lúa tăng lên 14 ÷ 16 tấn/ha/năm, bù đắp đƣợc lƣợng lúa bị
giảm do đất trồng lúa bị sử dụng vào mục đích khác (Nguyễn Bảo Vệ, 2010). Rơm
rạ là nguồn chất hữu cơ dồi dào, chiếm khoảng 50% trọng lƣợng của cây lúa. Theo
Nguyễn Bảo Vệ (2010) với sản lƣợng lúa 23 triệu tấn/năm, hiện ĐBSCL cũng có
một số lƣợng rơm rạ tƣơng đƣơng ở mức 23 triệu tấn/năm.
2.1.3 Thành phần, tính chất của rơm
Theo Ngô Thị Thanh Trúc (2005), rơm rạ có một số đặc tính nhƣ năng suất rơm dao
động từ 2 tấn/ha đến hơn 8 tấn/ha tùy thuộc vào giống lúa, năng suất lúa và phƣơng
pháp thu hoạch. Tổng lƣợng rơm sau thu hoạch có tỷ lệ tƣơng ứng với năng suất
lúa. Chiều dài của cọng rơm dao động từ 30 ÷ 120 cm tùy thuộc vào giống lúa,
phƣơng pháp thu hoạch.
Giá trị dinh dƣỡng của rơm thấp, chủ yếu là xơ thô (34%), nghèo dinh dƣỡng
(protein: 2 ÷ 3%) đặc biệt là rơm tƣơi (rơm mới thu hoạch) dễ bị nấm mốc (Phạm
Hồ Hải và ctv, 2008).
Thành phần chính của rơm, rạ là những hydratcacbon gồm: licnocellulose 37,4%,
hemicellulose 44,9%, lignin 4,9% và hàm lƣợng tro (oxit silic) cao từ 9 đến 14%.
SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

3

Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

Thành phần licnocellulose trong rơm, rạ khó phân hủy sinh học, đây điều gây cản
trở việc sử dụng rơm, rạ (Nguyễn Dƣợc, 2011).
Về thành phần hóa học của rơm, rạ tính theo khối lƣợng khô gồm cellulose 60%,
lignin 14%, đạm hữu cơ (protein) 3,4%, chất béo (lipid) 1,9%. Tính theo nguyên tố
thì carbon (C) chiếm 44%, hyđro (H) 5%, oxygen (O) 49%, Nito (N) 0,92%, một
lƣợng rất nhỏ photpho (P), lƣu huỳnh (S) và kali (K) (Nguyễn Lân Dũng, 2011).
2.1.4 Các hình thức xử lý rơm rạ
a) Vùi gốc rạ
Rơm bị mục nát, phân hủy khi có độ ẩm và oxy. Rơm sẽ phân hủy nhanh hơn khi
đƣợc vùi vào trong đất với độ ẩm khoảng 60% và nhiệt độ trên 250C. Trong điều
kiện hiếu khí, VSV phân hủy rơm thành chất hữu cơ, khoáng và CO2. Rơm vẫn có
khả năng phân hủy trong điều kiện yếm khí tuy nhiên, quá trình phân hủy xảy ra
chậm hơn và sản phẩm thu đƣợc là CH4, H2S và các acid hữu cơ. Băm nhỏ rơm và
vùi rơm vào trong đất sẽ làm tăng quá trình phân hủy. Nếu canh tác lúa 2 vụ/năm, sẽ
không có đủ thời gian và độ ẩm để rơm phân hủy tự nhiên mà rơm cần đƣợc băm
nhỏ và rải đều khắp mặt ruộng (Ngô Thị Thanh Trúc, 2005).
b) Rơm làm nguyên liệu ủ phân
Rơm đƣợc phối trộn với những chế phẩm sinh học và ủ trong điều kiện hiếu khí (ủ
compost). Việc ủ phân compost từ rơm đã đƣợc triển khai nghiên cứu và ứng dụng
ở nhiều nơi. Đây đƣợc coi là hƣớng giải quyết mới vừa tận dụng nguồn dinh dƣỡng
trong rơm, tránh ô nhiễm môi trƣờng và tạo ra đƣợc nguồn phân bón hữu cơ có giá
trị. Theo Trần Thị Mil (2010), sử dụng phân hữu cơ, phân vi sinh hợp lý và sử dụng
các chế phẩm sinh học sẽ làm tăng năng suất cây trồng và đảm bảo vệ sinh thực
phẩm, nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh tranh của nông sản. Vai trò của phân
hữu cơ vi sinh không chỉ cải thiện cơ cấu đất, gia tăng độ phì nhiêu của đất mà còn
bổ sung các VSV chuyên biệt có khả năng thúc đẩy nhanh quá trình phân hủy các
phế thải hữu cơ để cung cấp dinh dƣỡng cho cây trồng.

Trong điều kiện sản xuất lúa ở ĐBSCL, có thể sử dụng rơm rạ tại chỗ để ủ hoai mục
với nấm Trichoderma bón liên tục hai vụ lúa để góp phần cải thiện sinh trƣởng và
nâng cao năng suất lúa, đặc biệt áp dụng cho vùng lúa thâm canh sản xuất lúa ba
vụ/năm. Đây là một trong những biện pháp canh tác dễ thực hiện cho ngƣời nông
dân vì không đòi hỏi kỹ thuật cao, nơi luôn có lao động nông nhàn và nguồn nguyên
liệu rơm rạ lớn, nhằm cải tạo lý hóa tính để gia tăng lƣợng dinh dƣỡng hữu dụng
trong đất lúa, giảm dần đầu tƣ phân hóa học, hạn chế ô nhiễm môi trƣờng, giảm giá
thành nhằm gia tăng lợi nhuận và chất lƣợng gạo trong sản xuất lúa nhằm tạo môi
trƣờng sản xuất lúa bền vững (Nguyễn Bảo Vệ và ctv, 2002).
c) Đốt đồng
Tình trạng đốt rơm sau mỗi vụ gặt là tình trạng chung ở vùng trồng lúa chính ở các
tỉnh đồng bằng sông Hồng và ĐBSCL. Rơm, rạ vẫn còn tƣơi thành đƣợc gom thành
những đống lớn rồi đốt ngay tại ruộng. Rơm, rạ ƣớt bị đốt tạo thành khói mù dày
đặc bao trùm một vùng rộng lớn, ảnh hƣởng đến sức khỏe của ngƣời dân xung
quanh khu vực và làm nguy cơ mất an toàn giao thông (Nguyễn Mậu Dũng, 2012).
SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

4


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

d) Thức ăn chăn nuôi
Rơm là thức ăn chăn nuôi gia súc nhai lại truyền thống. Khi nguồn thức ăn xanh cho
gia súc khan hiếm vào mùa khô, thì có rơm là nguồn thức ăn thay thế rất tốt. Tuy
nhiên, do thành phần trong rơm nên khả năng tiêu hóa của gia súc không đƣợc cao.
Chính vì vậy mà gia súc nuôi bằng rơm không thể cho năng suất cao. Để làm tăng
khả năng tận dụng rơm làm nguồn thức ăn nuôi trâu bò cần có các phƣơng pháp thu

gom, bảo quản, xử lý và bổ sung dinh dƣỡng thích hợp (Đinh Văn Cải, 2002).
e) Chất đốt
Rơm có thể sử dụng nhƣ nguồn chất đốt của hệ thống lò sƣởi, hệ thống làm nóng
nƣớc tạo hơi hay tạo điện. Hiệu quả chuyển đổi năng lƣợng của hầu hết các chất đốt
cháy từ 20 ÷ 25%. Mỗi kg rơm chứa 14 MJ năng lƣợng và 1,2 kg rơm có thể tạo ra
1 kWh điện (Yevich và Logan, 2002).
f) Rơm sản xuất thành nhiên liệu
Các nhà khoa học thuộc Viện Hóa học (Viện KH&CN Việt Nam) đã sản xuất thành
công loại dầu sinh học (Bio-oil) từ rơm rạ bằng công nghệ nhiệt phân. Từ 1 tấn rơm
rạ có thể cho ra 250 kg nhiên liệu lỏng. Nghiên cứu trên đã mở ra khả năng tìm
kiếm nguồn nhiên liệu thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch đang có nguy cơ
ngày một khan hiếm. Rơm rạ đƣợc thu gom và làm sạch, hong khô rồi đƣa vào lò
nhiệt phân. Sau phản ứng nhiệt phân sẽ thu đƣợc sản phẩm ở cả ba dạng khí, lỏng
và rắn. Sản phẩm lỏng chiếm phần lớn, chứa dầu sinh học (bio-oil), có thể sử dụng
vào nhiều lĩnh vực nhƣ sản xuất hóa chất, y dƣợc, công nghiệp, thực phẩm hoặc làm
nhiên liệu. Riêng trong lĩnh vực năng lƣợng, bio-oil có thể sử dụng trực tiếp làm
nhiên liệu trong nhà máy điện (gia nhiệt nồi hơi, lò…) hoặc thay thế diezel dầu mỏ
để chạy động cơ. Sản phẩm rắn có thể sử dụng làm than hoạt tính, hoặc đƣợc làm
phân bón quay lại cải thiện đất trồng khi đƣợc bổ sung thêm một số nguyên tố vi
lƣợng (Trần Văn Ba, 2012).
g) Biogas
Rơm đƣợc chuyển xuống các hầm ủ biogas, qua sự phân giải và tổng hợp của các
VSV thì chất hữu cơ trong rơm rạ sẽ biến thành khí đốt (chủ yếu là khí mêtan) dùng
để đun nấu, chạy máy phát điện,…Đặc biệt, rơm sau ủ nấm có thể là nguồn nguyên
liệu nạp bổ sung cho hầm ủ biogas thậm chí với tỷ lệ phối trộn lên đến 50% rơm sau
ủ nấm (Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv, 2012).
h) Vật liệu xây dựng
Rơm có thể sử dụng làm vật liệu trong xây dựng, làm tƣờng nhà hoặc làm ván ép.
Tuy nhiên, rơm sử dụng trong ngành vật liệu xây dựng chƣa đƣợc phổ biến. Nhƣợc
điểm của việc sản xuất ván ép từ rơm là chi phí nghiền rơm thành bột rất cao và đòi

hỏi diện tích trữ rơm rất lớn.

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

5


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

i) Sản xuất giấy
Rơm có thể là nguồn nguyên liệu quan trọng cho việc sản xuất giấy. Rơm của các
loại ngũ cốc, đặc biệt là lúa mì là nguồn chính để sản xuất bột giấy ở Trung Quốc và
các nƣớc Châu Á khác. Tuy nhiên, việc sử dụng rơm để sản xuất bột giấy gặp một
khó khăn là vấn đề xử lý dịch đen do hàm lƣợng SiO2 của rơm quá cao (Đặng Thị
Thanh Bình và ctv, 2012).
j) Trồng nấm
Sử dụng rơm trồng nấm là hình thức giúp tăng thu nhập của nông dân, đặc biệt là hộ
có thu nhập chính từ canh tác lúa. Hàng năm, sản lƣợng nấm rơm của Việt Nam
khoảng 250.000 tấn với kim ngạch xuất khẩu từ 25÷30 triệu USD (40% dành cho
xuất khẩu). Nghề trồng nấm ở ĐBSCL phát triển mạnh khi nhu cầu của thị trƣờng
trong nƣớc và xuất khẩu ngày càng tăng. Nấm rơm không chỉ là nguồn thu nhập hỗ
trợ cho nông dân mà còn là sản phẩm có thể mang lại lợi nhuận đáng kể thông qua
xuất khẩu (Ngô Thị Thanh Trúc, 2005).
2.2 CHĂN NUÔI Ở ĐBSCL
2.2.1 Đặc điểm chăn nuôi
Thế mạnh của vùng là lúa, gạo, thủy sản, chăn nuôi…trong đó chăn nuôi chiếm một tỉ
trọng khá lớn trong nền kinh tế của vùng. Theo số liệu của Tổng Cục Thống kê
(2012), số lƣợng heo ở khu vực ĐBSCL là 3772,5 nghìn con chiếm 13,94% tăng

0,06% so với cùng kỳ năm 2010.
Bảng 2.1 Số lƣợng heo ở các vùng trong năm 2012
Tên khu vực
Cả nƣớc

Số lƣợng (nghìn con)

Tỷ lệ (%)

27056,0

100,00

ĐBSH

7092,2

26,21

ĐBSCL

3772,5

13,94

Đông Nam Bộ

2801,4

10,35

Bắc Trung Bộ & Duyên hải miền Trung

5253,3

19,42

Tây Nguyên

1711,7

6,33

Trung du & miền núi phía Bắc

6424,9

23,75

(Nguồn: Tổng Cục Thống kê, 2013)

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

6


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

2.2.2 Đặc tính chất thải chăn nuôi heo
Chất thải chăn nuôi heo là một hổn hợp dung dich bao gồm phần chất rắn là phân
thải và các thức ăn dƣ thừa (cám, bột tôm, bột cá, bột thịt, rau xanh…), phần nƣớc
gồm nƣớc vệ sinh chuồng trại, nƣớc tiểu.
a) Phân
Phân là sản phẩm thải loại sau quá trình tiêu hóa của gia súc, là phần thức ăn không
đƣợc gia súc hấp thụ để tạo sản phẩm mà bị bài tiết ra ngoài qua đƣờng tiêu hóa.
Theo Trƣơng Thanh Cảnh (2010), thành phần hóa học của phân rất phong phú, bao
gồm:
- Các chất hữu cơ nhƣ các hợp chất protein, carbonhydrat, chất béo và các sản phẩm
trao đổi của chúng.
- Các chất vô cơ: Các hợp chất khoáng đa lƣợng chứa Ca, P…và các nguyên tố vi
lƣợng hay các kim loại nặng nhƣ Cu, Fe…
- Nƣớc: chiếm từ 65 ÷ 80% trọng lƣợng trong phân tƣơi. Ngoài ra, thành phần hóa
học của phân còn có dƣ lƣợng của thức ăn, các men tiêu hóa của bản thân gia súc,
các mô và chất nhờn, các yếu tố gây bệnh sinh học…
Trong thành phần phân gia súc nói chung và phân heo nói riêng còn chứa các vi
trùng, trứng giun sán có thể tồn tại vài ngày, vài tháng trong phân, nƣớc thải ngoài
môi trƣờng, gây ô nhiễm cho đất và nƣớc đồng thời gây hại cho sức khỏe con ngƣời
và vật nuôi.
Trong các hệ thống chuồng trại, phân gia súc thƣờng tồn tại ở dạng phân lỏng, trung
gian giữa lỏng và rắn hay tƣơng đối rắn, chứa các chất dinh dƣỡng, đặc biệt là các
hợp chất giàu nitơ và phospho. Theo Trƣơng Thanh Cảnh (2010) hàm lƣợng N tổng
số trong phân heo chiếm từ 7,99 ÷ 9,32 g/kg phân.
Bảng 2.2 Lƣợng phân thải của vật nuôi trong 24 giờ
Lƣợng chất thải

Nƣớc tiểu (kg)

Phân nguyên (kg)

Trâu

18 ÷ 25,0

8,0 ÷ 12,0

Bò

15 ÷ 20,0

6,0 ÷10,0

Ngựa

12 ÷ 18,0

4,0 ÷ 6,0

Heo < 10kg

0,5 ÷ 1,0

0,3 ÷ 0,7

Heo 15 ÷ 45kg

1,0 ÷ 3,0

0,7 ÷ 2,0

Heo 45 ÷ 100kg

3,0 ÷ 5,0

2,0 ÷ 4,0

Dê

1,5 ÷ 2,5

0,6 ÷ 1,0

0,02 ÷ 0,05

-

Gà, vịt

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010)

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

7


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của phân heo có trọng lƣợng từ 70 ÷100 kg
Đặc tính

Giá trị (kg)

Vật chất khô

213 ÷ 342

NH4-N

0,66 ÷ 0,76

Tro

32,5 ÷ 93,3

Chất xơ

151 ÷ 261

Carbonat

0,23 ÷ 0,41

Các axit mạch ngắn

3,83 ÷ 4,47

pH

6,47 ÷ 6,95

Ntổng

7,99 ÷ 9,32
(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010)

b) Nước thải
Nƣớc thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nƣớc nƣớc vệ sinh gia súc, chuồng trại,
nƣớc ăn uống dƣ thừa và phân lỏng hòa tan, nƣớc tiểu. Theo khảo sát của Trƣơng
Thanh Cảnh (2010) trên gần 1.000 trại chăn nuôi heo qui mô vừa và nhỏ ở một số
tỉnh phía Nam cho thấy cứ 1 kg chất thải chăn nuôi do heo thải ra đƣợc pha thêm
với từ 20 ÷ 49 kg nƣớc.
Bảng 2.4 Tính chất nƣớc thải chăn nuôi heo
Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

Độ màu

Pt - Co

350 ÷ 870

Độ đục

mg/L

420 ÷ 550

BOD5

mg/L

3500 ÷ 9800

COD

mg/L

5000 ÷ 12000

SS

mg/L

680 ÷ 1200

Ptổng

mg/L

36 ÷ 72

Ntổng

mg/L

220 ÷ 460

Dầu mỡ

mg/L

5 ÷ 58
(Nguồn: Trương Thanh Cảnh, 2010)

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

8


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

2.3 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC
2.3.1 Khí sinh học
Quá trình phân hủy xảy ra trong môi trƣờng không có oxy đƣợc gọi là quá trình
phân hủy yếm khí. Sản phẩm khí thu đƣợc là một hỗn hợp khí chủ yếu gồm khí
mêtan (CH4) và khí carbonic (CO2). Hỗn hợp khí này đƣợc gọi là KSH. Vì vậy quá
trình phân hủy yếm khí còn đƣợc gọi là quá trình lên men KSH hoặc lên men sinh
khí mêtan (Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lƣợng, 2010). Theo Ngô Kế Sƣơng
và Nguyễn Lân Dũng (1997) thì KSH là sản phẩm bay hơi của quá trình lên men
yếm khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp.
2.3.2 Thành phần khí sinh học
KSH là một hỗn hợp của nhiều chất khí, với tỷ lệ và thành phần của các chất khí có

trong hỗn hợp tùy thuộc vào loại nguyên liệu và các điều kiện của quá trình phân
hủy nhƣ nhiệt độ, pH, hàm lƣợng nƣớc... Thành phần này cũng tùy thuộc cả vào các
giai đoạn diễn biến của quá trình phân hủy sinh học (Nguyễn Quang Khải và
Nguyễn Gia Lƣợng, 2010).
Bảng 2.5 Thành phần KSH theo các tài liệu khác nhau
Tài liệu tham khảo

Tỉ lệ phần trăm thể tích KSH (%)
CH4

CO2

N2

Lê Hoàng Việt (2005)

55 ÷ 65

35 ÷ 45

0÷3

0÷1

-

0÷1

Nguyễn Quang Khải
(2009)

50 ÷ 70

30 ÷ 45

0÷3

0÷3

-

0÷3

Nguyễn Quang Khải
và Nguyễn Gia Lƣợng
(2010)

50 ÷ 70

30 ÷ 40

0÷9

0÷7

-

0 ÷ 0,5

Nguyễn Đức Lƣợng

và Nguyễn Thị Thùy
Dƣơng (2003)

55 ÷ 65

35 ÷ 45

0÷3

0÷1

-

0÷1

Chongrak Polprasert
(1989)

55 ÷ 65

35 ÷ 45

0÷3

0÷1

0÷1

-

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

H2

NH3

H2S

9


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

Bảng 2.6 Thành phần KSH của một số nƣớc khác nhau
Tỉ lệ phần trăm thể tích KSH (%)
Nƣớc sản xuất
CH4

CO2

N2

H2

NH3

H2S

Mỹ

54 ÷ 70

27 ÷ 45

5,3

1 ÷ 10

-

vết

Đức

53 ÷ 62

37 ÷ 44

1

0,3

-

vết

Ấn Độ

35 ÷ 70

28 ÷ 55

1

1 ÷ 10

-

vết

(Nguồn: Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)

Nhiệt trị của KSH từ 4.500 ÷ 6.000 kcal/m3 (nhiệt trị của khí CH4 gần 9.000
kcal/m3), tùy thuộc vào phần trăm của CH4 hiện diện trong KSH (Lê Hoàng Việt,
2005; Nguyễn Quang Khải, 2009; Ngô Kế Sƣơng và Nguyễn Lân Dũng, 1997;
Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng, 2003).
Theo Nguyễn Đức Lƣợng và Nguyễn Thị Thùy Dƣơng (2003) thì giá trị năng lƣợng
của KSH (15.600 kJ/kg) chỉ kém sau dầu mỏ (18.000 kJ/kg), cao hơn gỗ (2.400
kJ/kg) và than đá (7.000 kJ/kg).
Giá trị nhiệt lƣợng của KSH phụ thuộc vào hàm lƣợng mêtan có trong hỗn hợp khí,
hàm lƣợng mêtan này lại phụ thuộc vào chất lƣợng của nguyên liệu. Vì vậy giá trị
nhiệt lƣợng của hỗn hợp khí thu đƣợc từ các nguồn nguyên liệu khác nhau thƣờng
dao động rất lớn (Ngô Kế Sƣơng và Nguyễn Lân Dũng, 1997).
Bảng 2.7 Phần trăm khí CH4 của một số nguyên liệu
Loại nguyên liệu
Phân bò

% CH4

65

Xác rau cỏ

60 ÷ 70

Phân heo

65 ÷ 70

Phân gia cầm

60

Cỏ voi

60

Phân gà + giấy vụn

60

Phân gà + cỏ vụn

68

Bùn cống thành phố

68
(Nguồn: Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

10


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

2.3.3 Nguyên liệu để sản xuất KSH
Nguyên liệu sử dụng để sản xuất KSH đa dạng, thƣờng là tận dụng phân ngƣời,
phân gia súc, bùn, phế phẩm trong nông nghiệp (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu
Chiếm, 2013). Theo Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lƣợng (2010) nguyên liệu
sản xuất KSH có nguồn gốc từ động vật là chất hữu cơ nhƣ phân động vật (gia súc,
gia cầm), và phân ngƣời. Nguồn gốc từ các loại thực vật gồm phụ phẩm cây trồng
nhƣ bèo, cỏ, rơm, rạ, thân lá ngô, khoai, đậu... Mặt khác, theo Ngô Kế Sƣơng và
Nguyễn Lân Dũng (1997) phế thải trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, trong
công nghiệp chế biến nông lâm sản (bã rƣợu, bia, nƣớc thải các xí nghiệp giấy…)
có nguồn gốc sinh học giàu cellulose đều có thể sử dụng làm nguyên liệu sản xuất
KSH.
a) Nguyên liệu có nguồn gốc động vật
Thời gian phân hủy của các loại phân ngắn (khoảng từ 2 ÷ 3 tháng) và tổng sản
lƣợng khí thu đƣợc từ 1 kg phân cũng không lớn. Phân gia súc nhƣ trâu, bò, lợn
phân hủy nhanh hơn phân gia cầm, nhƣng sản lƣợng khí của phân gia cầm lại cao
hơn (Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lƣợng, 2010).
b) Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật
Các nguyên liệu từ thực vật nhƣ lá cây, các phế phẩm từ nông nghiệp (rơm rạ, thân
lá ngô, khoai, đậu…), các loại rác sinh hoạt hữu cơ (rau, quả, lƣơng thực bỏ đi…)
và các loại cây thân mềm (lục bình, rong, bèo…). Do các loại nguyên liệu từ thực

vật có lớp vỏ xơ cứng bên ngoài nên khó phân hủy, muốn sử dụng loại nguyên liệu
này cho thiết bị ủ để sản xuất KSH cần phải xử lý sơ bộ trƣớc. Xử lý bằng cách cắt
nhỏ, đập dập hay ủ hiếu khí trƣớc để phá vỡ lớp vỏ cứng của nguyên liệu và tăng
diện tích bề mặt cho VSV tấn công. Thời gian phân hủy của nguyên liệu thực vật
thƣờng dài hơn các loại nguyên liệu có nguồn gốc động vật. Các loại nƣớc thải nhƣ
nƣớc thải chế biến bánh mì, bún của các cơ sở chế biến thực phẩm… có chứa nồng
độ chất hữu cơ cao có thể sử dụng cho việc sản xuất KSH. Trong một số trƣờng hợp
cần phải xử lý sơ bộ trƣớc khi cho vào hệ thống thiết bị sản xuất KSH. Biện pháp sử
dụng KSH trong xử lý nƣớc thải ở các cơ sở chế biến chỉ xử lý đƣợc một phần nồng
độ các chất ô nhiễm, cần phải xử lý thêm sau khi ra khỏi hệ thống hầm để đảm bảo
xử lý ô nhiễm đạt tiêu chuẩn (Nguyễn Quang Khải, 2001).
c) Nguyên liệu phối trộn từ nguồn gốc động vật và thực vật
Có thể phối trộn các nguyên liệu có nguồn gốc động vật và thực vật với nhau để đạt
đƣợc hiệu suất sinh khí cao và đạt hiệu quả tốt hơn so với ủ từng nguyên liệu riêng
lẻ. Năng suất sinh khí của hầm ủ đƣợc đảm bảo đạt hiệu quả cao khi ta phối trộn
nguyên liệu đạt theo tỉ lệ C/N là từ 25/1 ÷ 30/1 (Nguyễn Quang Khải và Nguyễn
Gia Lƣợng, 2010).

SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

11


Luận Văn Tốt Nghiệp Đại Học

Bảng 2.8 Tỉ số C/N của một số chất thải
Nguyên liệu

N (% trọng lƣợng khô)

Tỉ số C/N

Phân ngƣời

5,5 ÷ 6,5

6 ÷ 10

Nƣớc tiểu

15 ÷ 18

0,8

Máu

10 ÷ 14

3

Phân bò

1,7

18

Phân gà

6,3

15

Phân cừu

3,8

29

Phân heo

3,8

13

Phân ngựa

2,3

25

Bùn cống rãnh

4,7

11

(Nguồn: Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013)

Bảng 2.9 Tỷ lệ C/N của các nguyên liệu có nguồn gốc thực vật
N tổng số (% trọng lƣợng
khô)

C/N

Cỏ non

2,4

19

Cây xấu hổ

3,6

11

Cỏ luxec

2,4 ÷ 3

16 ÷ 20

Rơm rạ

0,3

128

Mạt cƣa

2,35

208

Vỏ lạc (đậu phộng)

-

30

Giấy báo

-

613

Xác rau, cỏ

3,04

18

Rong biển

1,3

19

Đậu ba lá

1,6

27

Lá khoai tây

1,5

25

Lá củ cải

2,2

33

Bắp cải

3,6

12

Lá cà chua

3,3

12

2,5 ÷ 4,0

15

1,15

43

Tên nguyên liệu

Cỏ tạp
Cây dƣơng xỉ

(Nguồn: Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)
SVTH : Trương Ngọc Diệp
1100874
Nguyễn Thành Long 1100903

12