ảnh hưởng của ph ban đầu lên hiệu suất sinh khí mêtan với nguyên liệu rơm và lục bình

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

TRƯƠNG MINH NHẬT

Luận văn tốt nghiệp Đại học
Chuyên ngành Khoa học Môi trường

ẢNH HƯỞNG CỦA pH BAN ĐẦU LÊN HIỆU SUẤT
SINH KHÍ MÊTAN VỚI NGUYÊN LIỆU RƠM VÀ LỤC BÌNH

Cán bộ hướng dẫn: Trần Sỹ Nam
Nguyễn Thị Thùy

Cần Thơ, 2014


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

TRƯƠNG MINH NHẬT

Luận văn tốt nghiệp Đại học
Chuyên ngành Khoa học môi trường

ẢNH HƯỞNG CỦA pH BAN ĐẦU LÊN HIỆU SUẤT
SINH KHÍ MÊTAN VỚI NGUYÊN LIỆU RƠM VÀ LỤC BÌNH

Cán bộ hướng dẫn: Trần Sỹ Nam
Nguyễn Thị Thùy

Cần Thơ, 2014


PHÊ DUYỆT CỦA HỘI ĐỒNG
Luận văn kèm theo đây, với tựa đề là “Ảnh hưởng của pH ban đầu lên hiệu
suất sinh khí mêtan với nguyên liệu rơm và lục bình”, do Trương Minh Nhật thực
hiện và báo cáo đã được hội đồng chấm luận văn thông qua.
Cần Thơ, ngày

Ths. Dương Trí Dũng

tháng

năm 2014

TS. Nguyễn Xuân Lộc

Ths. Trần Sỹ Nam

i


LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người đã giúp đỡ tác giả tận
tình trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp.
Tác giả xin gởi lời tri ân sâu sắc đến thầy Trần Sỹ Nam, chị Nguyễn Thị Thùy
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.

Ban chủ nhiệm dự án DANIDA đã hỗ trợ kinh phí trong quá trình thực hiện
luận văn.
Thầy Nguyễn Xuân Lộc và tất cả quý thầy cô thuộc bộ môn Khoa học môi
trường đã tận tình giúp đỡ trong thời gian thực hiện luận văn.
Gởi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả cán bộ trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt
những kiến thức quý báu trong suốt quá trình đào tạo đại học để tác giả hoàn thành
tốt công việc học tập.
Xin gửi lời cảm ơn thân ái nhất đến các bạn lớp Khoa học môi trường K37 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 sâu sắc đến gia đình đã giúp đỡ và động
viên tinh thần cho tác giả hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày tháng

năm 2014

Tác giả luận văn

TRƯƠNG MINH NHẬT

ii


TÓM TẮT
Đề tài “Ảnh hưởng của pH ban đầu lên hiệu suất sinh khí mêtan với nguyên
liệu rơm và lục bình” được thực hiện với mục tiêu đánh giá hiệu suất sinh khí mêtan
của rơm và lục bình ở các khoảng pH khác nhau. Thí nghiệm được tiến hành theo
phương pháp ủ yếm khí theo mẻ với các giá trị pH ban đầu của mẻ ủ là 4, 5, 6, 7, 8 và
nghiệm thức đối chứng không điều chỉnh pH trong 15 ngày với 5 lần lặp lại. Thí

nghiệm sử dụng 2 loại vật liệu là rơm và lục bình. Kết quả nghiên cứu cho thấy các
nghiệm thức của rơm và lục bình đều sinh khí mêtan thấp ở giai đoạn đầu và tăng dần
đến ngày cuối thí nghiệm. Nghiệm thức sinh mêtan hàng ngày tốt nhất của rơm là R7 và
lục bình là L8. Thể tích khí mêtan tích dồn của các nghiệm thức chênh lệch nhau khá
nhiều giữa nghiệm thức có pH ban đầu ở khoảng 7 và 8 so với các nghiệm thức khác.
Nghiệm thức có lượng khí mêtan tích dồn cao nhất của rơm là R7 (86,7mL) và lục bình
là L8 (124,3mL), khác biệt so với các nghiệm thức còn lại (p<0,05). Nồng độ khí mêtan
của các nghiệm thức rơm và lục bình đều có xu hướng tăng dần theo thời gian thí
nghiệm. Nghiệm thức có nồng độ mêtan cao nhất của nghiệm thức rơm là nghiệm thức
R7 với nồng độ CH4 đạt 52,4% và ở lục bình là nghiệm thức L8 với 57,4% ở ngày 15
(p<0,05). Năng suất sinh khí (NSSK) mêtan của các nghiệm thức khá chênh lệch nhau
khi điều chỉnh pH ban đầu của mẻ ủ. Nghiệm thức có năng suất sinh khí mêtan cao nhất
của rơm là R7 (147,1 L/kg VS phân hủy) và lục bình là L8 (196,9 L/kg VS phân hủy). Điều
chỉnh pH ban đầu của mẻ ủ rơm về 7 có khả năng tăng NSSK cao hơn 4 lần so với
không điều chỉnh pH. Điều chỉnh pH ban đầu của mẻ ủ lục bình về 8 có khả năng tăng
NSSK mêtan cao hơn 7 lần so với không điều chỉnh pH. Cần điều chỉnh pH của mẻ ủ sử
dụng nguyên liệu rơm và lục bình để tăng năng suất sinh khí và sản lượng khí mêtan và
tiếp tục nghiên cứu thí nghiệm với thời gian ủ dài hơn để theo dõi quá trình phân hủy,
sản lượng và năng suất sinh khí của rơm và lục bình.
Từ khóa: pH, rơm, lục bình, hiệu suất sinh khí, biogas, mêtan

iii


MỤC LỤC
CHẤP THUẬN CỦA HỘI ĐỒNG .............................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
TÓM TẮT .................................................................................................................iii
MỤC LỤC .................................................................................................................iv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................vii

DANH SÁCH HÌNH ...............................................................................................viii
DANH SÁCH BẢNG .............................................................................................. ix
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU ................................................................................................ 1
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU ...................................................................... 3
2.1 Quá trình lên men yếm khí các chất hữu cơ ......................................................... 3
2.1.1 Giới thiệu biogas ................................................................................................ 3
2.1.2 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí .............................................................. 3
a. Quá trình phát triển của vi khuẩn yếm khí ............................................................. 3
b. Quá trình phản ứng sinh hóa .................................................................................. 5
2.1.3 Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sinh khí mêtan ........................... 8
a. Ảnh hưởng của kích cỡ nguyên liệu nạp ................................................................ 9
b. Mức độ kỵ khí ........................................................................................................ 9
c. Nhiệt độ .................................................................................................................. 9
d. Ảnh hưởng của pH ............................................................................................... 10
e. Tiền xử lý ............................................................................................................. 11
f. Ảnh hưởng của độ kiềm ....................................................................................... 11
g. Axít béo dễ bay hơi (TVFAs)............................................................................... 12
h. Hiệu điện thế oxy hóa khử ................................................................................... 12
i. Tỉ lệ cacbon và nitơ (C/N) ..................................................................................... 12
j. Hàm lượng chất khô và lượng nước thích hợp ...................................................... 13
k. Khuấy trộn ............................................................................................................ 13
l. Các độc tố ............................................................................................................. 14
m. Thời gian lưu ........................................................................................................ 15
2.2 Sơ lược về lục bình ............................................................................................. 15
2.2.1 Nguồn gốc ........................................................................................................ 15
2.2.2 Đặc điểm hình dáng ......................................................................................... 16
2.2.3 Thành phần hóa học của lục bình .................................................................... 16
2.2.4 Đặc điểm sinh trưởng và phát triển .................................................................. 17
a. Sinh trưởng và phát triển ...................................................................................... 17
b. Sinh sản ................................................................................................................ 17

2.2.5 Một số ứng dụng của lục bình.......................................................................... 17
a. Sử dụng lục bình ở ĐBSCL ................................................................................. 17
b. Các nghiên cứu sử dụng lục bình để sản xuất khí sinh học ................................. 17
iv


2.3 Sơ lược về rơm .................................................................................................... 18
2.3.1 Sản xuất lúa gạo ở Việt Nam và ĐBSCL ........................................................ 18
2.3.2 Thành phần, tính chất của rơm ........................................................................ 18
2.3.3 Một số ứng dụng của rơm ................................................................................ 19
a. Sử dụng rơm rạ ở ĐBSCL .................................................................................... 19
b. Các nghiên cứu sử dụng rơm để sản xuất khí sinh học ........................................ 21
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 22
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 22
3.2 Phương tiện nghiên cứu ...................................................................................... 22
3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm ................................................................................ 22
3.2.2 Hóa chất ........................................................................................................... 22
3.2.3 Thiết bị sử dụng phân tích ............................................................................... 22
3.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 22
3.3.1 Nguyên liệu đầu vào ........................................................................................ 22
3.3.2 Bố trí thí nghiệm .............................................................................................. 23
3.3.3 Tính toán lượng nạp cho thí nghiệm ................................................................ 24
3.3.4 Phương pháp thu mẫu và phân tích .................................................................. 25
a. Phương pháp đo thể tích khí................................................................................. 25
b. Phương pháp xác định thành phần khí ................................................................. 26
c. Các chỉ tiêu môi trường (pH, nhiệt độ, điện thế oxy hóa khử, TVFAs) .............. 26
3.4 Phương pháp tính toán và xử lý số liệu .............................................................. 27
3.4.1 Phương pháp tính toán ..................................................................................... 27
3.4.2 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 29
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 30

1. Các yếu tố môi trường .......................................................................................... 30
a. pH ......................................................................................................................... 30
b. Tổng các axit béo bay hơi (TVFAs) ..................................................................... 31
c. Thế oxy hóa khử (redox) ...................................................................................... 33
2. Thể tích khí CH4 sinh ra hàng ngày của các nghiệm thức................................... 35
3. Lượng khí CH4 tích dồn của các nghiệm thức sau 15 ngày ................................ 37
4. Nồng độ khí CH4, CO2 và các khí khác .............................................................. 39
5. Nồng độ khí CH4 của các nghiệm thức ............................................................... 42
6. Năng suất sinh khí của các vật liệu ...................................................................... 43
7. Hiệu suất loại bỏ lượng chất rắn bay hơi (VS) ..................................................... 45
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 47
1. Kết luận ................................................................................................................ 47
2. Kiến nghị .............................................................................................................. 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 48
PHỤ LỤC

v


DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT
C/N

Tỉ số Carbon trên Nitơ

Carbon/Nitrogen

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

LB

Lục bình

NSSK

Năng suất sinh khí

ODM

Organic Dry Matter

Vật chất hữu cơ khô

TS

Total solid

Tổng hàm lượng chất rắn
Rơm

RO
SS

Chất rắn lơ lững.

Suspended solid

Vườn – ao – chuồng – biogas

VACB
VS

Chất rắn bay hơi

Volatile Solid

Vi sinh vật

VSV

vi


DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Sự phát triển các nhóm vi sinh vật trong lên men mêtan ............................ 4
Hình 2.2 Sơ đồ quá trình lên men yếm khí ................................................................. 5
Hình 2.3 Ba giai đoạn của quá trình phân hủy yếm khí ............................................. 6
Hình 3.1 Mô hình bình ủ theo mẻ của thí nghiệm .................................................... 23
Hình 3.2 Một số hình ảnh trong bố trí thí nghiệm .................................................... 23
Hình 3.3 Mô hình hệ thống đo thể tích khí sinh ra. .................................................. 25
Hình 3.4 Máy sắc ký khí GC-2014 ........................................................................... 26
Hình 4.1 Giá trị pH của các nghiệm thức trong quá trình ủ nguyên liệu rơm ......... 30
Hình 4.2 Giá trị pH của các nghiệm thức trong quá trình ủ nguyên liệu lục bình ... 31
Hình 4.3 Nồng độ TVAFs của các nghiệm thức rơm ............................................... 32
Hình 4.4 Nồng độ TVAFs của các nghiệm thức lục bình ........................................ 33
Hình 4.5 Diễn biến redox của các nghiệm thức sử dụng nguyên liệu rơm .............. 34
Hình 4.6 Diễn biến redox của các nghiệm thức sử dụng nguyên liệu lục bình ........ 35
Hình 4.7 Lượng khí CH4 sinh ra hằng ngày của các nghiệm thức rơm ................... 36
Hình 4.8 Lượng khí CH4 sinh ra hằng ngày của các nghiệm thức lục bình ............. 37

Hình 4.9 Lượng khí CH4 tích dồn của các nghiệm rơm ........................................... 38
Hình 4.10 Lượng khí CH4 tích dồn của các nghiệm thức lục bình .......................... 39
Hình 4.11 Nồng độ trung bình khí CH4, CO2 và các khí khác
của các nghiệm thức rơm .......................................................................................... 40
Hình 4.12 Nồng độ trung bình khí CH4, CO2 và các khí khác
của các nghiệm thức lục bình ................................................................................... 41
Hình 4.13 Nồng độ khí CH4 của các nghiệm thức rơm ............................................ 42
Hình 4.14 Nồng độ khí mêtan của các nghiệm thức lục bình .................................. 43
Hình 4.15 Năng suất sinh khí mêtan của các nghiệm thức
rơm (A) và lục bình (B) ............................................................................................ 44

vii


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn mêtan hóa ......................... 3
Bảng 2.2 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn axít ..................................... 7
Bảng 2.3 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn mêtan hóa .......................... 8
Bảng 2.4 Khoảng pH tối ưu của một số vi khuẩn sinh khí mêtan ............................ 10
Bảng 2.5 Tỉ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật .............................. 13
Bảng 2.6 Lượng nước có trong vật liệu thải ............................................................. 13
Bảng 2.7 Khả năng gây độc hại của một số chất ...................................................... 14
Bảng 2.8 Các điều kiện thích hợp đối với quá trình sản xuất khí sinh học .............. 15
Bảng 2.9 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của lục bình ........................... 16
Bảng 2.10 Đặc tính hóa học cơ bản của các nguyên liệu thực vật ........................... 19
Bảng 2.11 Năng suất sinh khí mêtan của một số phụ phẩm nông nghiệp ................ 20
Bảng 3.1 Các nghiệm thức được bố trí thí nghiệm................................................... 24
Bảng 3.2 Kết quả phân tích TS, VS và tỷ lệ C/N của nguyên liệu nạp .................. 24
Bảng 3.3 Tính khối lượng nguyên liệu nạp cho từng nghiệm thức
của từng nguyên liệu ................................................................................................. 25

Bảng 3.4 Phương pháp phân tích các thông số trong hỗn hợp ủ .............................. 26
Bảng 4.1 Hiệu suất loại bỏ chất rắn bay hơi (VS) của các nghiệm thức rơm .......... 45
Bảng 4.2 Hiệu suất loại bỏ chất rắn bay hơi (VS) của các nghiệm thức lục bình .... 45

viii


ix


CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
Công nghệ khí sinh học ngày càng được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam và
đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), với khả năng vừa giảm thiểu gây ô nhiễm môi
trường vừa tạo ra năng lượng giúp cho quá trình sinh hoạt của người dân ở vùng
nông thôn được thuận lợi hơn như nấu ăn, thắp sáng, chạy máy phát điện,... Trong
khi đó, ở ĐBSCL chăn nuôi đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế của
vùng nên việc ứng dụng công nghệ biogas tại vùng là rất phù hợp. Tuy nhiên, hiện
nay tình hình chăn nuôi có nhiều biến động (dịch bệnh, giá thị trường,…) làm ảnh
hưởng đến các nông hộ chăn nuôi quy mô nhỏ. Do đó, các túi ủ biogas của nông hộ
không còn hoạt động nữa do thiếu nguyên liệu nạp hay ít được sử dụng. Từ hiện
trạng đó, việc sử dụng nguồn nguyên liệu mới để phối trộn hoặc thay thế phân của
gia súc để có thể áp dụng với các hộ gia đình ít hoặc không chăn nuôi gia súc là rất
cần thiết.
Lục bình (Eichornia crassipe) là loài cây thủy sinh hiện diện trên khắp mạng
lưới kênh rạch, trong điều kiện môi trường và khí hậu thích hợp năng suất lục bình
có thể đạt 175 tấn lục bình khô/ha/năm (Nguyễn Võ Châu Ngân, 2012 trích từ O.P.
Chawla). Sự phát triển nhanh chóng của lục bình đang gây nhiều vấn đề cho môi
trường nước như gây tắc nghẽn giao thông, giảm tốc độ dòng chảy gây bồi lắng
sông rạch,... (Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv, 2012). Bên cạnh đó, rơm (RO) là các

phế phẩm còn lại sau khi người dân thu hoạch vụ lúa. Theo Nguyễn Thị Huỳnh Như
(2013) lượng rơm trung bình hàng năm ở Đồng bằng sông Cửu Long từ 26,2 triệu
tấn, hầu hết lượng rơm rạ này được người dân đốt bỏ ngay sau thu hoạch trên đồng
ruộng (Ngô Thị Thanh Trúc, 2005). Việc đốt rơm rạ gây nên tình trạng ô nhiễm môi
trường do khói bụi, tác động xấu đến sự cân bằng hệ sinh thái,...
Các nghiên cứu gần đây cho thấy rơm và lục bình có khả năng được sử dụng
để sản xuất khí sinh học (Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv., 2012; Trần Sỹ Nam và
ctv., 2014). Tuy nhiên một vấn đề đáng chú ý là khi sử dụng rơm và lục bình để sản
xuất khí sinh học thì pH của mẻ ủ trong giai đoạn đầu xuống thấp gây ức chế vi
khuẩn sinh khí mêtan (CH4) làm giảm hiệu suất sinh khí (Nguyễn Thị Thùy, 2013;
Trần Sỹ Nam và ctv., 2014). Các nghiên cứu trên đều cho rằng pH là một yếu tố ảnh
hưởng lớn đến việc ứng dụng sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình, do đó, đề đề
tài: “Ảnh hưởng của pH ban đầu lên hiệu suất sinh khí mêtan với nguyên liệu
rơm và lục bình” đã được thực hiện với mục tiêu xác định giá trị pH ban đầu phù
hợp khi sử dụng rơm và lục bình làm nguyên liệu nạp, cho hiệu quả sinh khí cao. Để
đạt được mục tiêu trên, đề tài tiến hành theo phương pháp như sau:

1


+ Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng pH đến hiệu suất sinh khí của bình
ủ biogas sử dụng nguyên liệu nạp rơm và lục bình.
+ Theo dõi các thông số của mẻ ủ trong các ngày 3, 5, 7, 10 và 15 của thí
nghiệm.
+ Đánh giá hiệu suất sinh khí mêtan của rơm và lục bình ở các khoảng pH
khác nhau.

2

CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 Quá trình lên men yếm khí các chất hữu cơ
2.1.1 Giới thiệu biogas
Khí sinh học (KSH) là một hỗn hợp khí được sinh ra từ quá trình phân hủy
các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong điều kiện yếm khí (Nguyễn
Lân Dũng và ctv., 2009). Tỷ lệ (%) các thành phần khí trong hỗn hợp biogas được
thể hiện trong Bảng 2.1
Bảng 2.1 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn mêtan hóa
Tỉ lệ phần trăm thể tích khí sinh học (%)

Tài liệu tham khảo
CH4

CO2

N2

H2

Lê Hoàng Việt (2005)

55 – 65

35 – 45

0–3

0–1

Nguyễn Quang Khải
(2009)

50 – 70

30 – 45

0–3

–

Nguyễn Đức Lượng và
Nguyễn Thị Thùy Dương
(2003)

55 – 65

35 – 45

0–3

0–1

NH3
0–3

-

Thành phần chính của biogas chủ yếu là khí mêtan (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. Ở quy mô lớn hơn, biogas còn được dùng để chạy máy phát điện.
2.1.2 Cơ chế của quá trình lên men yếm khí
Quá trình lên men yếm khí chất thải hữu cơ trong điều kiện yếm khí là một
quá trình diễn ra phức tạp liên quan đến hàng trăm phản ứng, chất trung gian và mỗi
phản ứng sẽ được xúc tác bởi một loại enzim hay chất xúc tác.
Phương trình chuyển hóa chất hữu cơ đã được đơn giản hóa như sau:
Chất hữu cơ

Lên men yếm khí

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Q

a) Quá trình phát triển của vi khuẩn yếm khí
Vi sinh vật hấp thu thức ăn trong môi trường để tăng trưởng. Vậy, sự tăng
trưởng của tế bào vi sinh vật là sự tăng trưởng về số lượng của 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.
3


Hình 2.1 Sự phát triển các nhóm vi sinh vật trong lên men mêtan
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Quá trình sinh học xảy ra trong lên men mêtan là quá trình phát triển các vi
sinh vật yếm khí và quá trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ thành các chất khí,
trong đó khí mêtan chiếm tỉ trọng lớn nhất. Quá trình này được chia làm 2 giai
đoạn:
Giai đoạn 1
Là sự phát triển hỗn hợp rất nhiều loài vi sinh vật 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 vi khuẩn yếm khí không bắt buộc.
Sở dĩ trong thời gian đầu có sự phát triển của cả vi khuẩn hiếu khí vì trong
dịch lên men chất thải còn tồn tại một lượng ôxy hòa tan nhất định, các loài vi
khuẩn hiếu khí sử dụng ôxy hòa tan này để tăng số lượng. Khi lượng ôxy hết dần,
lượng vi khuẩn hiếu khí giảm dần và chết hết khi quá trình tạo mêtan xuất hiện.
Giai đoạn 2
Trong giai đoạn 2 thấy có sự phát triển rất mạnh của các vi khuẩn thủy phân
các chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo axít. Giữa hai giai đoạn này có sự phát triển rất
mạnh các loài vi khuẩn sinh mêtan. Đây là loài vi khuẩn chiếm số lượng nhiều nhất
và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình lên men mêtan.
Toàn bộ vi khuẩn tham gia quá trình lên men mêtan từ giai đoạn đầu cho đến
giai đoạn cuối được phân lặp và định dạng gồm 4 nhóm chính:
(1) Nhóm vi khuẩn lên men và thủy phân.
(2) Nhóm vi khuẩn tạo axít.
(3) Nhóm vi khuẩn sử dụng hiđrô tạo mêtan.
4


(4) Nhóm vi khuẩn sử dụng axít axêtic tạo mêtan.
Các vi khuẩn yếm khí tham gia vào quá trình chuyển hóa chất hữu cơ:
Clotridium spp, Peptoccocus anaerobus, Bifidobacterium spp, Desulphovidrio spp,
Corynebactorium spp, Lactobacillus, Actinomyces và Staphylococcus. Các vi khuẩn
sinh mêtan trong mẻ phản ứng bao gồm:
(1) Nhóm vi khuẩn hình que (Methanobacterium, Methanobacillus).
(2) Nhóm vi khuẩn hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).
b) Quá trình phản ứng sinh hóa
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:
Chất thải hữu cơ

(lipit, gluxit, prôtêin)
Vi khuẩn lên men

Vi khuẩn thủy phân
Thủy phân và lên men
Vi khuẩn tạo axít
Axít hữu cơ, ancol,
các hợp chất trung tính

Vi khuẩn
Axêtôgenic

Axêtat

H2 + CO2

Đêcacbôxyl hóa
Axêtat

Hạn chế tạo
thành mêtan
Vi khuẩn
Axêtôlactic

Vi khuẩn
mêtan sử
dụng H2
Mêtan + CO2

Mêtan + CO2

Hình 2.2 Sơ đồ quá trình lên men yếm khí
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Quá trình chuyển hóa vật chất hữu cơ được chia làm ba giai đoạn:
(1) Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử.
5


(2) Tạo nên axít và hiđrô.
(3) Tạo mêtan
Prôtêin

Tế bào
vi khuẩn

Amino axít
Amôniac

Chất
hữu
cơ

Đường
đơn

Cacbohiđrat

Chất béo và dầu

Thủy phân và lên men

Axít béo
bay hơi

Axít béo
mạch dài

Axêtat

CO2

CH4

H2 + CO2

Sinh axít và hiđrô

Sinh mêtan

Hình 2.3 Ba giai đoạn của quá trình phân hủy yếm khí
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân
Phân giải các chất hữu cơ và chất hữu cơ chứa pôlime hữu cơ cao phân tử
như prôtêin, cacbôhiđrat, lipit, lignin,… Phần lớn trong số các pôlime cao phân tử
này được phân hủy bởi các enzim ngoại bào của vi khuẩn tạo thành những chất có
phân tử lượng nhỏ hơn và có khả năng tan trong nước. Sản phẩm của giai đoạn này
là các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ tan được, là nguyên liệu cho các vi khuẩn
sinh axít hấp thụ ở giai đoạn 2. Những phản ứng thủy phân ở giai đoạn này biến đổi

những chất hữu cơ như prôtêin thành các aminô axít, gluxít thành các đường đơn,
chất béo thành các axít chuỗi dài. Tuy nhiên, các chất hữu cơ như là xenlulôzơ,
lignin rất khó phân hủy, đây là giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí.
Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh axít và hiđrô
Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 được các vi khuẩn
axêtôgenic chuyển hóa thành các axít axêtic, hiđrô và cacbônic, êtanol, mêtanol. Tỉ
lệ của các sản phẩm này tùy thuộc vào hệ vi sinh vật trong hầm ủ và các điều kiện
môi trường (Lê Hoàng Việt, 2005). Do sinh ra nhiều axít nên độ pH của môi trường
có thể giảm mạnh (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997).

6


Bảng 2.2 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn axít
Vi khuẩn

pH

Nhiệt độ (oC)

5,2

25 – 35

Axít acetic, axít lactic

Bacillus knolfelkampi

5,2 – 8,0

25 – 35

Axít acetic, axít lactic

Bacillus megaterium

5,2 – 7,5

28 – 35

Axít acetic, axít lactic

Bacteroides succinigenes

5,2 – 7,5

25 – 35

Axít acetic, axít succinic

Clostridium carnefectium

5,0 – 8,5

25 – 37

Axít acetic, axít formic

Clostridium cellobinharus

5,0 – 8,5

36 – 38

Axít lactic, êtanol, CO2

Clostridium dissolvens

5,0 – 8,5

35 – 51

Axít acetic, axít formic

Bacillus cereus

Sản phẩm

(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)

Giai đoạn 3: Giai đoạn tạo thành khí mêtan
Sản phẩm ở giai đoạn 2 được nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hóa thành
CH4 và các sản phẩm khác. Vi khuẩn mêtan phát triển và tham gia trao đổi chất
trong điều kiện hoàn toàn yếm khí, tốc độ phát triển rất chậm so với vi khuẩn ở giai
đoạn 1 và giai đoạn 2.
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) giai đoạn 3 là giai đoạn
sinh mêtan. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình. Dưới tác dụng
của các vi khuẩn sinh mêtan các axít hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác biến
thành khí CH4, CO2, O2, N2, và H2S,…
Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) giai đoạn này

chuyển hóa các hợp chất hữu cơ hình thành ở giai đoạn 2 thành CH4 là do 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.

7


Bảng 2.3 Sản phẩm và một số vi khuẩn trong giai đoạn mêtan hóa
pH

Nhiệt độ
(oC)

Sản phẩm

6,5 – 8

37 – 40

CO2, H2, rượu bậc 1 và bậc 2

Methanopropionicum

-

-

Axít proionic

Methanofomicum

-

-

CO2, H2, axít formic

Methanosochngenii

-

-

Axít acetic

Methanoruminanticum

-

-

H2, axít formic

7,0

30

Methanococcus mazei

-

30 – 37

Axít acetic, axít butyric

Methanosarcina methanica

-

35 – 37

Axít acetic, axít butyric

Vi khuẩn
Methanobacterium omelianskii

Methanosarcina barkerli

CO2, H2, axít acetic, methanol

(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997)

Các phản ứng có thể diễn ra như sau:
Nguyên liệu

CO2 + H2 + axêtat

Nguyên liệu

Propionat + Butyrat + Êtanol

CH3COO- + H2O

CH4 + HCO3- + năng lượng

4H2 + HCO3- + H+

CH4 + 3H2O + năng lượng

Phần mêtan còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ êtanol, mêtanol,
axít fomic nhưng phần này không quan trọng vì phần này chiếm số lượng ít trong
quá trình lên men yếm khí.
2.1.3 Những yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình sinh khí mêtan
Để sinh trưởng và phát triển, tất cả vi sinh vật điều có nhu cầu chung: nước,
nguồn năng lượng, nguồn cacbon, nguồn nitơ và hợp chất khoáng. Đây là những
yếu tố cơ bản cần cho sự sinh trưởng, mà chúng không tự tổng hợp được, ta gọi đó
là các nhân tố tăng trưởng. Ngoài ra các nhân tố vật lý có thể tham gia vào quá trình
dinh dưỡng, chúng có thể cản trở, ức chế, hay tạo điều kiện thuận lợi cho sự tăng
trưởng của các vi sinh vật như: nhiệt độ, pH, ôxy, áp suất, độ ẩm, ánh sáng và tia
năng lượng.
8


Sinh trưởng, sinh sản và trao đổi chất của vi sinh vật liên quan chặt chẽ với
các điều kiện bên ngoài, các điều kiện bao gồm hàng loạt các yếu tố khác nhau, tác
động qua lại với nhau.
a. Ảnh hưởng của kích cỡ nguyên liệu nạp
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 vi sinh vật, tăng
quá trình sinh khí diễn ra nhanh hơn. Theo Lê Hoàng Việt (2005) về nguyên lý thì
kích thước nguyên liệu nạp càng nhỏ thì càng thích hợp cho quá trình phân hủy.
Kích cỡ nguyên liệu càng nhỏ thì hiệu suất của quá trình thông khí sẽ tăng lên và
nguyên liệu dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật.
Các vật liệu sợi, đặc biệt là rơm rạ, 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. Khi đưa vào ủ, nó sẽ nổi lên mặt lớp dung dịch ủ và gây khó khăn cho quá trình
sinh khí. Khi đưa vào ủ để dễ trộn đều, vật liệu cần phải cắt thành những đoạn ngắn.
Việc cắt nhỏ vật liệu cũng làm tăng mặt tiếp xúc của vật liệu với các vi khuẩn, thúc
đẩy quá trình ủ nhanh hơn (Lê Hoàng Việt, 2005).
b. Mức độ kỵ khí
Khí sinh học được sinh ra do hoạt động của nhiều chủng loại vi khuẩn, trong
đó có vi khuẩn sinh mêtan là quan trọng nhất, những vi khuẩn sống trong môi
trường kỵ khí bắt buộc. Vì vậy đảm bảo cho môi trường phân hủy tuyệt đối kỵ khí
là một yếu tố quan trọng.
c. Nhiệt độ
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan chịu ảnh
hưởng rất mạnh của nhiệt độ môi trường. Lượng KSH tăng khi tăng nhiệt độ từ 20 – 400C,
giảm từ 45 – 550C và tăng lại khi nhiệt độ dao động từ 60 – 650C (Madamwar et all.,
1990). Nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh KSH là 350C, thấp hơn nhiệt độ tối ưu này mức
độ sinh khí sẽ giảm dần cho đến khoảng 100C thì gần như ngừng lại (Ngô Kế Sương và
Nguyễn Lân Dũng, 1997). Theo Gerardi (2003) hầu hết các vi khuẩn mêtan hoạt động ở
hai phạm vi nhiệt độ. Từ 30 – 350C là khoảng của vi sinh vật ưa ấm, từ 50 – 600C là
khoảng của vi sinh vật ưa nhiệt. Ở nhiệt độ giữa 40 – 50oC các vi khuẩn mêtan bị ức chế,
do đây là khoảng nhiệt độ chuyển từ dạng vi khuẩn ưa ấm sang ưa nhiệt nên không thích
hợp cho cả hai loại vi khuẩn, hiệu suất phân hủy thấp nhất ở khoảng 420C.

Nhiệt độ và sự biến đổi nhiệt độ trong ngày hoặc các mùa vụ điều ảnh hưởng
đến tốc độ sinh khí (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009). Nhiệt độ thích hợp

cho quá trình sinh khí mêtan nằm trong dãy nhiệt độ khá rộng từ 20 – 45oC, nhiệt
9


độ tối ưu cho hoạt động của vi sinh vật từ 31 – 36oC (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng
Việt, 2009), nhiệt độ tối ưu cho quá trình sinh khí mêtan không nhất thiết là dãy
nhiệt độ tối ưu cho các quá trình khác trong quá trình phân hủy yếm khí (Ward et
al., 2008). Trong điều kiện nước ta nhiệt độ trung bình dao động từ 20 – 32oC, với
nhiệt độ này sẽ thích hợp cho quá trình sinh khí mêtan (Lương Đức Phẩm, 2002).
d. Ảnh hưởng của pH
pH là một thông số quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật
trong quá trình lên men yếm khí. Hầu hết các vi sinh vật sinh khí mêtan hoạt động
tốt nhất khi pH nằm trong khoảng 6,7 – 7,5, trong khi các vi khuẩn sinh axít được
hình thành thì thường làm cho giá trị pH tối ưu giảm và khoảng pH lý tưởng cho
giai đoạn thủy phân và sinh axít thì thấp hơn và nằm trong khoảng 5,5 – 6,5 (Ward
et al., 2008).
Bảng 2.4 Khoảng pH tối ưu của một số vi khuẩn sinh khí mêtan

Nhóm vi khuẩn

pH

Methanosphaera

6,8

Methanothermus

6,5

Methanogenium

7

Methanolacinia

6,6 – 7,2

Methanomicrobiu

6,1 – 6,9

Methanospirillium

7,0 – 7,5

Methanococcoide

7,0 – 7,5

Methanohalobium

6,5 – 7,5

Methanolobus

6,5 – 6,8

Methanothrix

7,1 – 7,8
(Gerardi, 2003)

Giá trị pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các
axít béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế
hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan (Lê Hoàng Việt, 2005). Trong trường hợp này
người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh mêtan sử dụng hết axít thừa,
khi hầm ử đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên
10


liệu cho hầm ủ theo đúng quy định. Ngoài ra, người ta có thể dung vôi để trung hòa
pH của hầm ủ.
Khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ của các vi khuẩn trong điều kiện
yếm khí phụ thuộc vào pH. Trong khi đó, pH được tạo ra do khả năng phóng thích
ion H+ có trong nước. Nồng độ ion H+ càng nhiều làm cho pH càng giảm, điều này
ảnh hưởng đến các vi sinh vật. Theo Nguyễn Quang Khải (2009) cho rằng giá trị pH
trong quá trình ủ là một thông số liên quan đến nhiều yếu tố như: thời gian lưu,
nồng độ axít béo bay hơi, độ kiềm bicacbonat trong hệ thống và tổng số CO 2 sinh
ra. Chính vì vậy, để ổn định giá trị pH thì ta cần phải ổn định nồng độ, loại nguyên
liệu nạp và có thể sử dụng biện pháp khuấy trộn nguyên liệu hay quay vòng dòng
chảy.
e. Tiền xử lý
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) tốc độ phân hủy yếm khí
tùy thuộc vào đặc tính nguyên liệu. Nguyên liệu giàu lignin thường khó phân hủy
nên gây ra khó khăn trong quá trình ủ. Tiền xử lý là một bước quan trọng trong quá
trình chuyển đổi sinh hóa của sinh khối lignocellulose. Tiền xử lý sẽ làm thay đổi
cấu trúc của sinh khối cellulose để cho các enzym dễ tiếp cận với cellulose chuyển
đổi các đa phân tử như cacbohydrat thành các loại đường đơn và có thể lên men
được.

Có thể chia thành các phương pháp tiền xử lý như sau: vật lý, hóa học và
sinh học (enzyme) hoặc kết hợp bất kỳ hai trong số các phương pháp tiền xử lý.
Trong 3 phương pháp tiền xử lý thì tiền xử lý sinh học là một phương pháp an toàn
và thân thiện với môi trường do lignin loại bỏ từ ligincellulose. Ưu điểm của tiền xử
lý sinh học là nhu cầu năng lượng thấp và điều kiện hoạt động không khắc khe. Tuy
nhiên, tỷ lệ thủy phân sinh học thường là rất thấp, vì vậy trước quá trình tiền xử lý
sinh học đòi hỏi phải có thời gian dài hơn.
f. Ảnh hưởng của độ kiềm
Độ kiềm là số đo khả năng trung hòa axít có trong nước, các hợp chất kiềm
trong nước như HCO3-, CO32-, và hydroxit (OH-) loại bỏ các ion H+ và giảm độ axít
trong nước (pH tăng). Bicarbomat (HCO3-) được xem là dạng độ kiềm chủ yếu. Độ
kiềm được xem là dung dịch có tính đệm để giữ pH không giảm nhiều khí đưa
những chất có tính axít vào trong nước. Theo Lê Hoang Việt (2005), độ kiềm của
hầm ủ cần phải được giữ ở khoảng 1000 – 5000mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho
nguyên liệu nạp.

11


g. Axít béo dễ bay hơi (TVFAs)
Tổng axít béo bay hơi (TVFAs) được sinh ra trong quá trình phân hủy chất
hữu cơ sẽ làm giảm giá trị pH trong hỗn hợp mẻ ủ, thông thường không có lợi cho
vi khuẩn sinh khí mêtan, TVFAs được hình thành phụ thuộc vào các giai đoạn sinh
a-xít, số lượng và loại axít trong TVFAs được tạo ra nên rất khác nhau. Hàm lượng
TVFAs phụ thuộc vào tính chất môi trường, các thông số lý học như thời gian lưu
thủy lực, lưu chất rắn, pH và nhiệt độ (Lee, 2008).
h. Hiệu điện thế oxy hóa khử
Hiệu điện thế oxy hóa khử là thước đo khả năng oxy hóa hoặc khả năng khử
của hỗn hợp ủ và dùng để thể hiện mức độ yếm khí của môi trường. Khí sinh học
được sản xuất một cách hiệu quả trong môi trường yếm khí, vi khuẩn sinh khí mêtan

đòi hỏi hiệu điện thế oxy hóa khử từ -300 đến -350 mV và vi khuẩn yếm khí không
bắt buộc từ -100 đến 100 mV (Nguyễn Quang Khải và Nguyễn Gia Lượng, 2010).
Trong nguyên liệu nạp lúc đầu sẽ tồn tại một lượng nhỏ oxy và vi khuẩn hiếu khí
trong nguyên liệu nạp. Các vi khuẩn này sẽ sử dụng oxy và làm giảm mạnh hiệu
điện thế oxy hóa khử trong nguyên liệu, tạo điều kiện thuận lợi cho các vi khuẩn
yếm khí không bắt buộc hoạt động được. Các vi khuẩn này lại tiếp tục làm giảm
hiệu điện thế oxy hóa khử và tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của các vi sinh
vật yếm khí bắt buộc. Trong môi trường yếm khí hoàn toàn, hiệu điện thế oxy hóa
khử luôn đạt giá trị âm (nhỏ hơn -100 mV) (Jürgen Wiese and Ralf Konig, 2007).
Tùy thuộc vào giá trị pH trong môi trường ủ mà axít propionic và axít butyric cao
hay thấp, khi giá trị redox trong môi trường ủ yếm khí lớn hơn -150mV thì không
có lợi cho giai đoạn thủy phân tạo axít propionic (Wang et al., 2006 được trích dẫn
bởi Lee, 2008).
i. Tỉ lệ cacbon và nitơ (C/N)
Để tăng trưởng, mỗi VSV phải tìm trong môi trường các chất dinh dưỡng cần
thiết cho sự tổng hợp các cấu tử tế bào cũng như nguồn năng lượng để hoạt động.
Các nguyên tố cần thiết là C, H, O, N, S, P, Mg, Fe, Ca, Mn và các nguyên tố
vi lượng như Zn, Co, Cu và Mo. Trong các chất hữu cơ các nguyên tố C và N là chủ
yếu và rất quan trọng trong quá trình tạo sinh khối của vi khuẩn yếm khí. Do đó tỉ lệ
C/N cần được kiểm soát để tạo điều kiện cho quá trình sinh khí mêtan tốt nhất. Theo
Nguyễn Quang Khải (2002), tỉ lệ C/N thích hợp từ 25/1 – 30/1 vì vi khuẩn sử dụng
C nhiều hơn N từ 25 – 30 lần và tỉ lệ C/N quá cao thì quá trình phân hủy xảy ra
chậm. Ngược lại tỉ lệ này quá thấp thì quá trình phân hủy ngừng trệ vì tích lũy nhiều
amôniac là một độc tố đối với vi khuẩn ở nồng độ cao.

12


Nói chung, phân trâu bò, heo có tỉ lệ C/N gần khoảng thích hợp. Phân người
và phân gia cầm có tỉ lệ C/N thấp, các nguyên liệu thực vật thường có tỉ lệ C/N cao.

Để đảm bảo tỉ lệ C/N thích hợp ta nên dùng hỗn hợp các loại nguyên liệu, chẳng
hạn dùng phân người, phân gia súc với rơm rạ…
Bảng 2.5 Tỉ lệ C/N của chất thải hữu cơ có nguồn gốc thực vật
Thực vật

Tỉ lệ C/N

Rơm rạ

48 – 117

Bèo tây tươi

12 – 25

Cỏ vườn

12/1 – 15/1
(Nguyễn Quang Khải, 2002)

j. Hàm lượng chất khô và lượng nước thích hợp
Hàm lượng chất khô là tỷ lệ giữa trọng lượng chất khô và tổng trọng lượng
của nguyên liệu, thường biểu thị bằng phần trăm. Đối với các loại phân, hàm lượng
khô thích hợp vào khoảng 7% - 9%. Nguyên liệu ban đầu thường có hàm lượng chất
khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi nạp vào thiết bị khí sinh học phải pha thêm nước.
Tỷ lệ pha loãng thích hợp là 1 – 3 L nước cho 1kg phân (Nguyễn Quang Khải,
2002).
Sự hoạt động bình thường của vi khuẩn mêtan cần khoảng 90% nước để lên
men vật liệu thải và 8% – 10% chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2001).
Bảng 2.6 Lượng nước có trong vật liệu thải

Loại vật liệu
thải

Phân
người

Phân
lợn
rắn

Phân
lợn lỏng

Phân
ngựa

Phân khô
thông
thường

Thân
lúa khô

Phân
bò

Lượng nước (%)

80

82

96

76

30 – 40

10 – 20

83

(Nguyễn Duy Thiện, 2001)

Trên thực tế ở nhiều nơi, lượng nước ở trong hầm được tính theo vật liệu thải
lên men. Thông thường nước chiếm khoảng 50% vật liệu trong hầm. Khi cho vật
liệu thải lên men, nên làm loãng hơn thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động.
k. Khuấy trộn
Theo Lê Hoàng Việt (2005) khuấ y trô ̣n ta ̣o điề u kiê ̣n cho vi khuẩ n tiế p xúc với chấ t
thải, làm tăng nhanh quá trình sinh khí sinh học. Nó còn làm giảm thiể u sự lắ ng đo ̣ng của
các chấ t thải rắ n xuố ng đáy hầ m, sự ta ̣o bo ̣t và váng trên mă ̣t hầ m ủ. Trong quá trình phân
13


hủy yếm khí nên khuấy trộn đều các loại nguyên vật liệu trong hỗn hợp ủ để làm tăng sự
tiếp xúc giữa vi khuẩn với chất nền, đặc biệt sẽ hạn chế được việc các nguyên liệu có
nguồn gốc từ thực vật sẽ gặp phải hiện tượng nổi vật liệu. Ngoài ra, khi khuấy trộn đều
nguyên liệu bên trong sẽ giúp việc ngăn cản quá trình hình thành bọt khí và tạo sự đồng
nhất nhiệt độ cho hỗn hợp ủ. Tuy nhiên nếu việc khuấy trộn quá mức, quá nhanh sẽ phá vỡ
quần thể vi sinh vật trong nguyên liệu ủ, vì vậy nên khuấy trộn nguyên liệu đều và nhẹ

nhàng (Fabien, 2003). Việc khuấy trộn một vài lần trong ngày mỗi lần từ 10 – 15 phút là
rất cần thiết (Nguyễn Lân Dũng và ctv., 2009). Tuy nhiên một nghiên cứu khác của Hala
and Richard (2008) cho thấy khuấy trộn có thể làm tăng hoặc làm giảm thể tích khí mêtan
sinh ra hàng ngày, khuấy trộn ít sẽ cho phép các quần thể vi sinh vật phân giải một cách
tích cực và cũng có thể dẫn đến hiện tượng số lượng khuấy trộn không đủ (Ward et all.,
2008), khi khuấy trộn nhiều lần sẽ làm cho các vi khuẩn tiếp xúc với chất nền mới và làm
giảm hiệu quả của quá trình thủy phân, giảm H2, CO2 và do đó giảm lượng khí mêtan sinh
ra hàng ngày. Khuấy trộn nhiều hơn 1 lần trong ngày sẽ làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa
(BOD) và khả năng phân hủy của vật liệu (Hala and Richard, 2008). Qua các trích dẫn trên
ta thấy việc khuấy trộn các hỗn hợp trong mẻ ủ là điều rất cần thiết. Vậy nên có những
nghiên cứu cụ thể để tìm hiểu ảnh hưởng của tần suất khuấy trộn và thời gian khuấy trộn
đến sản lượng và năng suất sinh khí sinh học.

l. Các độc tố
Các độc chất gây ức chế vi khuẩn yếm khí làm ảnh hưởng đến sự sinh khí
của quá trình ủ. Những biểu hiện thường gặp như làm ngăn cản quá trình sinh khí
dẫn đến giảm lượng khí sinh ra và nồng độ axít dễ bay hơi tăng (Ngô Kế Sương và
Nguyễn Lân Dũng, 1996). 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 độc đối với những loài vi khuẩn yếm khí.
Bảng 2.7 Khả năng gây độc hại của một số chất
STT

Các chất

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

1

Axít bay hơi

>200 (Tính theo axít axêtic)

2

Nitơ (Amôniac)

1500 – 3000 (ở pH=7,6)

3

Sunphit

>200

4

Canxi

2500 – 4500

5

Magiê

1000 – 1500

6

Kali

2500 – 4500

7

Natri

3500 – 5500
(Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)

14