ẢNH HƯỞNG của ph TRONG mẻ ủ sử DỤNG lục BÌNH LÀM NGUYÊN LIỆU NẠP LÊN KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC

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

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

ẢNH HƯỞNG CỦA pH TRONG MẺ Ủ SỬ DỤNG LỤC BÌNH
LÀM NGUYÊN LIỆU NẠP
LÊN KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN VÕ CHÂU NGÂN

TRƯƠNG QUANG NHỰT

KIM LAVANE

BÙI THỊ DIỂM MY

2015


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

LỜI CẢM TẠ
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến những người đã giúp đỡ tận tình trong
quá trình làm luận văn tốt nghiệp:
Đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã giúp đỡ và động viên

tinh thần cho tác giả trong quá trình học và hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn dự án DANIDA đã hỗ trợ kinh phí để thực hiện đề tài. Tác
giả xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của
tác giả trong khuôn khổ của dự án “Sản xuất khí sinh học bền vững”.
Cán bộ hướng dẫn thầy Nguyễn Võ Châu Ngân và thầy Kim Lavane 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.
Quý thầy, cô bộ môn Kỹ thuật môi trường - Trường Đại học Cần Thơ đã tận tình
giảng dạy, giúp đỡ trong quá trình học và thực hiện đề tài.
Ông Nguyễn Hoàng Nam, ở xã Long Hòa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ,
đã hỗ trợ nguồn nguyên liệu để phục vụ tốt cho đề tài.
Chị Trịnh Thanh Tâm và chị Nguyễn Nhật Linh (KHMT – K20) đã cùng tác giả và
các cộng sự thực hiện đề tài, cùng các bạn sinh viên K38, K39 lớp Kỹ thuật môi
trường, khoa Môi trường và Tài Nguyên thiên nhiên - Trường Đại học Cần Thơ.
Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

i


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

TÓM TẮT ĐỀ TÀI
Ảnh hưởng của pH trong mẻ ủ sử dụng lục bình làm nguyên liệu nạp lên khả năng
sinh khí sinh học được thực hiện với mục tiêu chính là tìm ra khoảng pH phù hợp
nhất cho khả năng sinh khí sinh học với nguyên liệu nạp là 100% lục bình. Thí
nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên bằng phương pháp ủ theo mẻ với 7 nghiệm

thức ứng với 7 giá trị pH khác nhau (pH: 5; 5,5; 6; 6,5; 7; 7,5; 8). Mỗi nghiệm thức
và nghiệm thức đối chứng có 3 lần lặp lại. Thí nghiệm được theo dõi trong 90 ngày
với lượng nguyên liệu nạp là 25 gVS/L tính trên 15 L, kích cỡ 10 cm nạp trong bình
nhựa 21 L. Kết quả thí nghiệm cho thấy các yếu tố môi trường như nhiệt độ, hiệu thế
oxy hóa khử đều thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật trong quá trình phân hủy
yếm khí. Sau 90 ngày, tổng lượng khí sinh học tích lũy cao nhất đối với mẻ ủ có pH
7 (265,74 L) và thấp nhất ở pH 5 (50,7 L). Thành phần mê-tan (%CH4) (%v/v) của
các nghiệm thức từ pH 6 – pH 8 bắt đầu tăng từ ngày 17 (dao động từ 0,35% đến
7,05%). Trong đó, cao nhất ở pH 8 (77,96%) và pH 7,5 (75,34%). Còn đối với pH 5
và pH 5,5 %CH4 chỉ tăng nhẹ trong suốt quá trình thí nghiệm (cao nhất dao động từ
14,05% đến 28,9%). Sau 60 ngày, %CH4 các nghiệm thức có xu hướng giảm đến
ngày 90. Tuy nhiên, nghiệm thức pH 7 cũng có thành phần mê-tan khá cao (63,88%)
so với pH 8 (77,83%). Từ những kết quả trên kết hợp với khả năng phân hủy của pH
7 nhiều nhất (182,55 g) cho thấy mẻ ủ pH 7 có khả năng sinh khí nhiều nhất (706,63
mLCH4/gVSphân hủy), thấp nhất là pH 5 (39,01 mLCH4/gVSphân hủy). Kết thúc thí
nghiệm có thể kết luận rằng mẻ ủ có pH 6 đến pH 8 hoàn toàn có thể sử dụng cho
hoạt động đun nấu, thắp sáng…, trong đó, pH 7 là tốt nhất cho quá trình sử dụng, còn
pH 5 và pH 5,5 lượng khí sinh ra và %CH4 quá thấp (dưới 30%) nên không sử dụng
được.

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

ii


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam kết luận văn này được 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 DANIDA”. Dự án có quyền sử dụng kết quả của luận văn này để phục vụ cho dự án.

Ngày 27 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện

Trương Quang Nhựt

Bùi Thị Diểm My

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

iii


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

MỤC LỤC

LỜI CẢM TẠ .................................................................................................................................i
TÓM TẮT ĐỀ TÀI ..................................................................................................................... ii
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................................ iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................................... iv
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................................ vii
DANH SÁCH HÌNH ................................................................................................................ viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................ viii
Chương 1. GIỚI THIỆU ...........................................................................................................1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.......................................................................................... 1
1.2.1 Mục tiêu tổng quát: ..................................................................................... 1

1.2.2 Mục tiêu cụ thể: .......................................................................................... 1
Chương 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU .................................................................................2
2.1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ ..................................................... 2
2.1.1 Khái niệm ủ yếm khí................................................................................... 2
2.1.2 Phân loại hệ thống phân hủy yếm khí......................................................... 2
2.1.3 Cơ chế và các giai đoạn của quá trình ủ yếm khí ....................................... 3
2.2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC ................................................................. 5
2.1.1 Khái niệm khí sinh học ............................................................................... 5
2.2.2 Thành phần của khí sinh học ...................................................................... 6
2.2.3. Nhiệt trị của khí sinh học: .......................................................................... 6
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh khí sinh học ................................ 6
2.3 CÂY LỤC BÌNH VÀ KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC ......................... 13
2.3.1. Giới thiệu về cây lục bình ........................................................................ 13
2.3.2. Một số ứng dụng của lục bình: ................................................................ 15
Chương 3. PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................16
3.1 THỜI GIAN VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ................................................ 16
3.2 PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU .................................................................... 16
3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm ......................................................................... 16
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

iv


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
3.2.2 Thiết bị sử dụng trong phân tích ............................................................... 16
3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................... 16
3.3.1 Chuẩn bị lục bình và nước mồi:................................................................ 16
3.3.2 Chuẩn bị bình ủ ......................................................................................... 18
3.3.3 Tính toán nguyên liệu nạp vào.................................................................. 19

3.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm ................................................................. 19
3.4 PHƯƠNG PHÁP THU VÀ PHÂN TÍCH MẪU ............................................ 20
3.4.1 Phương pháp thu mẫu và các thông số đo đạc.......................................... 20
3.4.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu: ......................................................... 22
3.5 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU .................................. 22
3.5.1 Phương pháp tính toán: ............................................................................. 22
3.5.2 Phương pháp xử lý số liệu ........................................................................ 25
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................................26
4.1 CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ẢNH HƯỞNG TỚI MẺ Ủ .......................... 26
4.1.1 pH và acid béo bay hơi ............................................................................. 26
4.1.2 Nhiệt độ..................................................................................................... 31
4.1.3 Hiệu thế oxy hóa khử ................................................................................ 31
4.2 NĂNG SUẤT SINH KHÍ CỦA CÁC NGHIỆM THỨC ............................... 32
4.2.1 Thể tích khí sinh học sinh ra từng ngày.................................................... 32
4.2.2. Thể tích khí sinh học tích lũy trong 90 ngày ........................................... 33
4.2.3 Thành phần khí mê-tan sinh ra từng ngày ................................................ 34
4.2.4 Thể tích khí mê-tan sinh ra từng ngày và tích lũy 90 ngày ...................... 35
4.2.5 Ảnh hưởng của pH đến thành phần khí sinh học của mẻ ủ ...................... 38
4.2.6 Khả năng phân hủy chất hữu cơ của từng nghiệm thức sau 30, 60 và 90
ngày.................................................................................................................... 39
4.2.7 Năng suất sinh khí mê-tan ........................................................................ 40
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................................41
5.1. KẾT LUẬN .................................................................................................... 41
5.2 KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................43
PHỤ LỤC......................................................................................................................................46

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

v


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

vi


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Vi khuẩn, enzyme và loại chất nền thủy phân ............................................ 4
Bảng 2.2 Một số loại vi khuẩn mê-tan và chất nền của nó......................................... 5
Bảng 2.3 Thành phần khí trong khí sinh học ............................................................. 6
Bảng 2.4 pH tối ưu cho sự phát triển một số loài vi khuẩn mê-tan: ........................... 7
Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm nồng độ các acid béo bay hơi của Husnul Azan et al.
(2010).......................................................................................................................... 9
Bảng 2.6 Kết quả phần trăm VFA ứng với từng giá trị pH ........................................ 9
Bảng 2.7 Hiệu thế oxy hóa khử và hoạt động của vi khuẩn ..................................... 11
Bảng 2.8 Tỉ lệ C/N của lục bình từ các nguồn khác nhau ........................................ 12
Bảng 2.9 Thành phần hóa học của lục bình.............................................................. 13
Bảng 3.1 Thể tích nước cần pha ứng với các nghiệm thức ...................................... 17
Bảng 3.2 Khối lượng hóa chất pha dung dịch đệm ứng với các nghiệm thức ......... 17
Bảng 3.3 Kết quả phân tích các chỉ tiêu của nguyên liệu đầu vào ........................... 19
Bảng 3.4: Kết quả phân tích nguyên liệu đầu vào .................................................... 19
Bảng 3.5 Các nghiệm thức bố trí trong thí nghiệm .................................................. 20
Bảng 3.6 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu .......................................................... 22

Bảng 4.1 Quá trình chỉnh và lượng hóa chất sử dụng để điều chỉnh pH về giá trị ban
đầu của các nghiệm thức .......................................................................................... 26
Bảng 4.2 Giá trị pH sau quá trình chỉnh của các nghiệm thức: ................................ 28

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

vii


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

DANH SÁCH HÌNH
Hình 2.1 Ba giai đoạn của quá trình len men yếm khí ............................................... 3
Hình 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ........................ 10
Hình 3.1 Mô hình bình ủ theo mẻ của thí nghiệm .................................................... 19
Hình 4.1 Diễn biến dung dịch đệm của nghiệm thức đối chứng trong suốt quá trình
thí nghiệm ................................................................................................................. 27
Hình 4.2 Diễn biến TVFAs của các nghiệm thức theo từng ngày ........................... 29
Hình 4.3 Diễn biến nồng độ acid acetic từng ngày của các nghiệm thức ................ 29
Hình 4.4 Diễn biến acid propionic từng ngày của các nghiệm thức ........................ 30
Hình 4.5 Diễn biến nồng độ acid butyric từng ngày của các nghiệm thức .............. 30
Hình 4.6 Diễn biến nhiệt độ của các nghiệm thức trong thí nghiệm ........................ 31
Hình 4.7 Diễn biến hiệu thế oxy hóa khử từng ngày của các NT ............................ 32
Hình 4.8 Biểu đồ khí sinh học sinh ra từng ngày của các nghiệm thức ................... 33
Hình 4.9 Biểu đồ thể tích khí sinh học tích lũy suốt quá trình thí nghiệm............... 34
Hình 4.10 Diễn biến thành phần CH4 sinh ra từng ngày của các nghiệm thức ....... 35
Hình 4.11 Thể tích khí CH4 sinh ra từng ngày của các nghiệm thức ....................... 36
Hình 4.12 Thể tích khí CH4 tích lũy của các nghiệm thức trong quá trình thí
nghiệm ...................................................................................................................... 37

Hình 4.13 Thành phần khí sinh học của các nghiệm thức suốt quá trình thí
nghiệm ...................................................................................................................... 38
Hình 4.14 Khả năng phân hủy của lục bình sau 30, 60 và 90 ngày ......................... 39
Hình 4.15 Năng suất sinh khí của từng nghiệm thức ngày 90 ................................. 40

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

viii


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

TS

Total Solids

Tổng chất rắn

VS

Volatile Solids

Chất rắn bay hơi

C/N

Carbon/Nitrogen

Tỉ lệ Các-bon/Nitơ

HTR

Hydraulic Retention Time

Thời gian tồn lưu

KSH

Biogas

Khí sinh học

CH4

Methane

Khí mê-tan

H2 S

Hydro sulfide

Hydro sunfua

COD

Chemical oxygen demand

Nhu cầu oxy hóa học

LB

Lục bình

NSSK

Năng suất sinh khí

VSV

Vi sinh vật

NT

Nghiệm thức

NTĐC

Nghiệm thức đối chứng

ORP

Oxidation Reduction Potential

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

Hiệu thế oxy hoá khử

ix


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

x


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Chương 1. GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Lục bình là loài thực vật thủy sinh trôi nổi phát triển dày đặt trên các dòng sông, kênh,
rạch vùng đồng bằng sông Cửu Long. Sự phát triển quá mức của chúng đã gây tắc
nghẽn dòng chảy, cản trở hoạt động giao thông đường thủy, đánh bắt cá, khả năng
tiêu thoát nước và hệ thống thủy lợi, bồi lắng phù sa ở sông; đặc biệt, khi lục bình
phân hủy sẽ làm ô nhiễm môi trường (Koutika , L-S, Rainey, H. J, 2014). Trong điều
kiện tự nhiên, lục bình sinh sản rất nhanh, chu kì nhân đôi của chúng là 11 – 13 ngày
(đối với lục bình phát triển ở kênh, ao, mương) và 23 ngày với lục bình (phát triển
trên sông). Trọng lượng tươi của lục bình dao động từ 1,3 – 6,9 kg/m2 và trọng lượng

khô dao động từ 162 – 804 DM/m2 (Nguyễn Phương Chi, 2013). Do đó, cần có biện
pháp kiểm soát vấn một cách triệt để vừa hiệu quả vừa mang lại giá trị kinh tế.
Trong thực tế, lục bình đã được nghiên cứu và ứng dụng để sản xuất năng lượng sinh
học. Theo nghiên cứu của Huỳnh Công Khánh (2014), Nguyễn Thị Thùy (2013),
Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv (2012) lục bình có thể sản xuất khí sinh học do lục
bình giàu nitơ, các chất lên men và chất dinh dưỡng cần thiết (Jagadish et al., 2011).
Tỉ lệ C/N của lục bình tươi là 23,5 và lục bình khô là 25,1 (Gunnarsson and Mattsson,
1997; trích lại từ Carian and Cecilia, 2007). Do đó, nó là nguồn sinh khối tiềm năng
cho quá trình trình phân hủy yếm khí. Tuy nhiên, tỉ lệ C/N cao sẽ làm giảm pH, khi
pH xuống quá thấp (dưới 5,5) sẽ ức chế sự phát triển của vi sinh vật trong hầm ủ
(Ratledge, 1994; trích lại từ Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014). Cụ thể,
trong nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy (2012) khi sử dụng 100% nguyên liệu lục
bình nạp cho hầm ủ làm pH giảm mạnh trong 10 ngày đầu, lượng khí sinh ra ít thậm
chí không có khí. Để cải thiện vấn đề này cần tìm ra giá trị pH thích hợp cho quá trình
phân hủy yếm khí. Tuy đã có nhiều tài liệu nói về khoảng pH thích hợp cho hoạt động
của vi khuẩn mê-tan nhưng chưa có nghiên cứu nào nói cụ thể khoảng giá trị pH nào
cho khả năng sinh khí nhiều nhất với nguyên liệu nạp là lục bình. Chính vì những lý
do trên đề tài “Ảnh hưởng của pH trong mẻ ủ sử dụng lục bình làm nguyên liệu nạp
lên khả năng sinh khí sinh học” được đề xuất.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
1.2.1 Mục tiêu tổng quát:
Nâng cao năng suất sinh khí của mẻ ủ yếm khí với nguyên liệu là lục bình thông
qua việc kiểm soát giá trị pH.
1.2.2 Mục tiêu cụ thể:
Xác định tổng lượng khí và thành phần khí sinh học ứng với các giá trị pH khác nhau.
Tìm ra giá trị pH làm cho mẻ ủ có năng suất sinh khí cao nhất.

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

1


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Chương 2. LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN HỦY YẾM KHÍ
2.1.1 Khái niệm ủ yếm khí
Phân hủy yếm khí là quá trình mà trong đó các vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu
cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản trong điều kiện thiếu oxy.
2.1.2 Phân loại hệ thống phân hủy yếm khí
Tùy theo hàm lượng chất rắn, quy trình vận hành, loại nguyên liệu nạp… người ta
chia các hệ thống phân hủy yếm khí thành những nhóm khác nhau (RISE-AT, 1998;
trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013)
a. Phân loại hệ thống phân hủy yếm khí theo cách vận hành
* Vận hành theo mẻ
Với phương pháp ủ này cho nguyên liệu đầy vào một lần và cho thêm chất mồi (nguồn
vi sinh ban đầu), đậy kín nắp lại và bắt đầu ủ. Trong quá trình ủ, khí sẽ dần dần được
tạo ra đến 1 giai đoạn nào đó khí sẽ không ra nữa, kết thúc một quá trình vận hành.
Hết 1 chu kỳ lấy ra khoảng 80 – 90% chất thải đã ủ xong, để lại 10 – 20% làm chất
mồi vi sinh cho mẻ ủ tiếp theo, chất thải lại được nạp đầy cho hầm ủ và tiếp tục chu
trình mới. Nhược điểm phương pháp này là theo thời gian, lượng khí thu được không
đều, lúc đầu nhiều lúc sau ít. Loại bể này thích hợp cho sản xuất khí sinh học (KSH)
từ sinh khối hay chất thải rắn
* Vận hành bán liên tục
Phương pháp này thích hợp cho xử lý nước thải từ các chuồng trại chăn nuôi, nguyên
liệu được thêm vào định kì 1 hay 2 lần trong 1 ngày. Năng suất sinh khí trên một đơn
vị chất hữu cơ thường rất cao nên nó được ứng dụng khá rộng rãi (Lê Hoàng Việt,
Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
* Vận hành liên tục

Khác với 2 phương pháp trên, phương pháp này cho nguyên liệu vào liên tục. Do đó,
quá trình chuyển hóa liên tục bên trong thiết bị ủ, chất thải ra ngoài liên tục. Vì vậy,
nguyên liệu và dung dịch lên men hữu ích có trong bể lên men phải luôn ổn định suốt
thời gian hệ thống lên men hoạt động. Loại này thích hợp cho xử lý nước thải của các
nhà máy chế biến nông – thủy sản có hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng chất
rắn thấp (Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014).
b. Phân loại hệ thống phân hủy yếm khí theo số giai đoạn lên men
* Hệ thống lên men một giai đoạn
* Hệ thống lên men nhiều giai đoạn

c. Phân loại hệ thống phận hủy theo loại nguyên liệu nạp
* Hệ thống chỉ sử dụng để phân hủy các chất thải rắn đô thị
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

2


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
* Hệ thống kết hợp phân hủy chất thải rắn đô thị với phân hầm cầu, bùn cống rãnh
hay phân gia súc (Lê Hoàng Việt, Nguyễn Hữu Chiếm, 2013)
2.1.3 Cơ chế và các giai đoạn của quá trình ủ yếm khí
a. Cơ chế
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) quá trình phân hủy yếm khí
chất hữu cơ rất phức tạp, phải liên hệ hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian.
Tuy nhiên chúng được đơn giản hóa bằng phương trình:
lenmen

yemkhi
 CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Chất hữu cơ 

Quá trình phân hủy yếm khí được chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn thủy phân và lên men
- Giai đoạn sinh acid hữu cơ (chủ yếu là acid acetic)
- Giai đoạn sinh khí mê-tan
b. Các giai đoạn
Các giai đoạn của quá trình phân hủy yếm khí được thể hiện trong Hình 2.1
Chất hữu cơ

Protein

Vi khuẩn

Acid amin
A-môn

CO2
Carbohydrate

Đường đơn

Chất béo

Acid béo

Acid béo bay hơi

Acetate

CH4

H2
CO2

Thủy phân và lên men

Sinh acid và H2

Giai đoạn I

Giai đoạn II

Sinh

CH4
Giai đoạn

III
Hình 2.1 Ba giai đoạn của quá trình len men yếm khí
(Nguồn: Mc. Carty, 1981 – trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân,
2014)

b1. Giai đoạn thủy phân và lên men
Đây là giai đoạn đầu của quá trình phân hủy, các chất cao phân tử như protein, chất
béo, carbohydrat, cellulose, lignin có trọng lượng phân tử lớn nên không thể qua
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

3

LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
những lỗ của màng nguyên sinh chất. Do đó, chúng phải bị phân hủy thành các chất
có phân tử nhỏ hơn bởi các enzyme ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn thủy phân)
(Bảng 2.1)
Bảng 2.1 Vi khuẩn, enzyme và loại chất nền thủy phân
Chất nền

Enzyme

Ví dụ

Vi khuẩn

Sản phẩm

Polysaccharide

Saccharolytic

Cellulase

Cellulomonas

Đường đơn

Protein

Proteolytic

Protease

Bacillus

Acid amin

Lipid

Lipolytic

Lipase

Mycobacterium

Acid béo

(Nguồn: Gerardi, 2003 – trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân,
2015)
Sản phẩm sinh ra từ giai đoạn 1 được vi khuẩn ở giai đoạn 2 hấp thụ. Tuy nhiên giai
đoạn này có 1 giới hạn là cellulose và lignin rất khó phân hủy thành chất hữu cơ đơn
giản, bởi vì vi khuẩn ở giai đoạn 1 hoạt động chậm hơn vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3.
b2. Giai đoạn sinh acid
Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được chuyển hóa thành acid acetic,
H2, CO2 bởi vi khuẩn acedogenic và acidogenic. Tỉ lệ các sản phẩm này phụ thuộc
vào hệ vi sinh vật trong hầm ủ và các yếu tố môi trường (Lê Hoàng Việt và Nguyễn
Võ Châu Ngân, 2014). Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) thì pH môi
trường giảm (<4) do sự hình thành acid.
4H2 + 2CO2 -> CH3COOH + 2H2O
4CO + 2H2O -> CH3COOH + 2CO2

4CH3OH + CO2 -> 3CH3COOH + 2H2O
C6H12O6 -> 3CH3COOH
b3 Giai đoạn sinh khí mê-tan
Đây là giai đoạn cuối cũng là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình phân hủy yếm
khí, giai đoạn này được thực hiện bởi nhóm vi khuẩn methanogens – loài vi khuẩn
chỉ sống, phát triển và làm việc trong điều kiện hoàn toàn yếm khí, chúng thường
phát triển rất chậm, chậm hơn vi khuẩn ở giai đoạn 1 và 2. Theo Kosann et al. (2007),
cơ chế chuyển hóa thành CH4 được thể hiện bằng các phương trình sau:
4H2 + CO2  2H2O + CH4
2HCOOH  CH4 + CO2
4CO + H2O  3CO2 + CH4
3CH3OH + 3H2  3H2O + 3CH4
CH3COOH  CO2 + CH4

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

4


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
Acid acetic là nguyên liệu chính để tạo mê-tan với 70% CH4 được tạo thành từ acid
acetic. Phần CH4 còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít từ fomate nhưng phần
này không quan trọng vì các sản phẩm này chiếm số lượng ít trong quá trình phân
hủy yếm khí (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015).
Bảng 2.2 Một số loại vi khuẩn mê-tan và chất nền của nó
Vi khuẩn

Chất nền

Methanobacterium formicium

CO2, H2, fomate

Methanobacterium
thermoantotrophicum

CO2, CO, H2

Methanococcus frisius

H2, methylamine, methanol

Methanococcus mazei

Acetate, methylamine, methanol

Methanosarcina bakerii

Acetate, CO2, H2, methylamine,
methanol

(Nguồn: Gerardi, 2003- trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân,
2015)
c. Quá trình phát triển của vi sinh vật yếm khí
Quá trình phát triển của vi sinh vật yếm khí chia làm 2 giai đoạn:
* Giai đoạn 1: giai đoạn chưa ổn định, giai đoạn này có sự phát triển của nhiều loài
vi khuẩn. Do giai đoạn đầu vẫn còn tồn tại trong chất thải lượng oxy hòa tan nhất
định nên ta thấy có sự phát triển của vi khuẩn hiếu khí, hiếu khí tùy nghi và yếm khí.
Sau khi sử dung hết lượng oxy hòa tan trong chất thải để tăng số lượng, vi khuẩn hiếu

khí giảm dần và chết hết, vi khuẩn sinh mê-tan xuất hiện. Giai đoạn này kéo dài
khoảng 2 ngày.
* Giai đoạn 2: các loài vi khuẩn thủy phân chất hữu cơ và các vi khuẩn tạo acid phát
triển mạnh ở giai đoạn đầu của giai đoạn 2 (từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 10). Giữa giai
đoạn 2 (từ ngày thứ 10 đến ngày 15) là sự phát triển mạnh của vi khuẩn sinh mê-tan
– vi khuẩn chiếm số lượng lớn và đóng vai trò quan trọng nhất của quá trình phân
hủy yếm khí (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003).
2.2 TỔNG QUAN VỀ KHÍ SINH HỌC
2.1.1 Khái niệm khí sinh học
Khí sinh học (KSH) là sản phẩm cuả phân hủy yếm khí. KSH là một hỗn hợp mà chủ
yếu là khí mê-tan (CH4), carbon dioxide (CO2), hydrogen sulfide (H2S), cùng với các
loại khí khác. KSH có thể được sử dụng để thay thế khí đốt tự nhiên trong nhiều ứng
dụng bao gồm: nấu ăn, sưởi ấm, sản xuất hơi nước, phát điện, nhiên liệu cho xe cộ.
Sản phẩm phân hủy yếm khí giàu dinh dưỡng có thể được sử dụng làm phân bón
(Hons et al., 1993). Với việc tái sử dụng chất thải như là một nguồn tài nguyên và
phương pháp tiếp cận công nghệ mới này đã hạ thấp chi phí, ổn định và thu hồi khí
thải và các dưỡng chất từ chất thải, giảm ô nhiễm môi trường, chính vì vậy mà phân
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

5


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
hủy yếm khí trong thời gian ngắn đã phát triển rất mạnh tại Ấn Độ, Trung Quốc, Thái
Lan và Việt Nam.
2.2.2 Thành phần của khí sinh học
Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) thì tùy theo thành phần
hóa học của chất thải đem phân hủy yếm khí, nhiệt độ tiến hành phân hủy, khả năng
và kiểu bể phân hủy ta sẽ có khí sinh học với thành phần rất khác nhau. Thành phần

khí sinh học trung bình được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.3 Thành phần khí trong khí sinh học
STT

Loại khí

Tỷ lệ (%)

1

Mê-tan

55 – 70

2

Carbon dioxide

30 – 45

3

Nitrogen

0–3

4

Hydrogen

0–1

5

Hydrogen sulphide

0–1

(Nguồn: Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)
2.2.3. Nhiệt trị của khí sinh học:
Như đã đề cập ở trên, thành phần chính của khí sinh học là CH4, CH4 là loại khí cho
năng lượng rất cao (gần bằng 9000 kcal/m3), nhưng hỗn hợp KSH chỉ cho năng lượng
khoảng 4500 – 6300 kcal/m3 (tùy vào thành phần CH4 trong hỗn hợp).
2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình sinh khí sinh học
a. pH và acid béo bay hơi
pH (hydrogen ion hay power of hydrogen) là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến
tốc độ hoạt động của hệ vi sinh vật trong hầm ủ. Sau đây là 1 số loại vi khuẩn mêtan và khoảng pH tối ưu cho sự phát triển của chúng.

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

6


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
Bảng 2.4 pH tối ưu cho sự phát triển một số loài vi khuẩn mê-tan:
Giống vi khuẩn

pH

Methanosphaera

6,8

Methanothermus

6,5

Methanogenium

7,0

Methanolacinia

6,6 – 7,2

Methanomicrobium

6,1 – 6,9

Methanospirillium

7,0 – 7,5

Methanococcoides

7,0 – 7,5

Methanohalobium

6,5 – 7,5

Methanolobus

6,5 – 6,8

Methanothrix

7,1 – 7,8

(Nguồn: Gerardi, 2003 – trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân,
2014)
Nhìn vào bảng trên ta thấy vi khuẩn mê-tan hoạt động trong khoảng pH 6,1 – 7,8.
Trong suốt quá trình phân hủy yếm khí giá trị pH sẽ thay đổi. Theo nghiên cứu của
Nguyễn Thị Thùy (2013), với nguyên liệu 100% lục bình (LB), trong 10 ngày đầu
pH xuống rất thấp, lượng khí sinh ra rất ít thậm chí không có khí. Giá trị pH quá cao
hay quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn sinh mê-tan trong mẻ ủ. Cụ
thể hơn nghiên cứu của Nguyễn Thị Thùy là nghiên cứu của Kalloumand et al. (2012),
kết quả cho thấy trong 25 ngày đầu pH giảm xuống rất nhanh, từ 7,4 xuống còn 5,6,
ngược lại VFA lại tăng trong 25 ngày đầu, tăng từ 0,16 g acid acetic/L đến 20 g acid
acetic/L. Lượng khí sinh ra trong 25 ngày đầu thấp hơn giai đoạn sau, cao nhất trong
25 ngày đầu chỉ đạt 900 mL trong khi giai đoạn sau tăng lên đến 2500 mL. Giá trị pH
quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn sinh CH4 trong mẻ
ủ. Nguyên nhân làm pH giảm là do vi khuẩn acidogenic sản xuất acetate, khí hydro,
carbon dioxide, và vài VFA khác như acid propionic và acid butyric (Budiyono et al.,
2013). Theo Ratledge (1994) - trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân
(2014), khi pH xuống mức thấp nhất (pH =5,5) ức chế quá trình phát triển của vi sinh
vật. Do đó, cần phải điều chỉnh pH về giá trị thích hợp để hoạt động của vi khuẩn
sinh mê-tan hoạt động ổn định và hiệu quả. Theo Monnet (2003) - trích dẫn bởi Lê
Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), môi trường tốt cho quá trình phân

hủy yếm khi pH của mẻ ủ từ 6 – 7 và quá trình lên men sinh khí CH4 diễn ra ổn định
khi pH nằm trong khoảng 7,2 – 8,2.
Nghiên cứu của Noxolo et al. (2014) thực hiện thí nghiệm với cỏ silage ở 3 giá trị pH
6,5; 6,8 và 7,2 trong vòng 11 ngày cho thấy ở pH 6,5 cho khả năng sinh khí tốt nhất
(pH 6,5 là 195,4 mL, pH 6,8 là 137,2 mL và 7,2 là 176,9 mL)
Với nghiên cứu của Jayaraj et al. (2014) thực hiện với nguyên liệu là thực phẩm thừa
trong vòng 30 ngày với 5 mức pH khác nhau: 5, 6, 7, 8, 9 . Họ đã chứng minh được
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

7


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
rằng với pH 7 cho khả năng sinh khí tốt nhất, cụ thể, với pH 5, 6, 7, 8 và 9 lượng khí
tích lũy trong 30 ngày lần lượt là 4594, 5021, 5673, 5347 và 4889 mL và thành phần
CH4 lần lượt là 56,7%, 58,6%, 60,8%, 60,1% và 59,4%. Thí nghiệm này sử dụng
sodium bicarbonate để điều chỉnh pH về giá trị cố định ban đầu.
Tổng acid béo bay hơi (TVFAs) và giá trị pH có mối quan hệ mật thiết với nhau
pH = -log [H+]
Khi nồng độ TVFAs cao sẽ làm giảm pH xuống, ngược lại nồng độ TVFAs thấp sẽ
làm pH tăng cao. TVFAs gồm sự hiện diện chủ yếu của acid acetic (CH3COOH), acid
propionic (CH3CH2COOH) và acid butyric (CH3CH2CH2COOH).
Acid acetic được sản sinh trong hầm ủ phần lớn từ H2 và CO2, số ít từ H2O và CO,
hay từ CO2 và methanol, từ đường 6 carbon hay thậm chí từ propionic bởi nhóm vi
khuẩn acedogenic như Acetobacterium, Clostridium và Sporomusa.
4H2 + 2CO2 -> CH3COOH + 2H2O
4CO + 2H2O -> CH3COOH + 2CO2
4CH3OH + CO2 -> 3CH3COOH + 2H2O
C6H12O6 -> 3CH3COOH

Acid propionic được tạo thành từ glucose và lactate bởi các vi khuẩn
Peptostreptococcus, Succinivibro, Clostridium, Veillonella, Ruminococcus,
Selenomonas và Bacteroides, sau đó có thể được lên men để tạo acid acetic. Propionic
sẽ xuất hiện ở nồng độ cao khi các hầm ủ có điều kiện vận hành không phù hợp.
1,5 glucose -> 2 propionate + acetate + CO2
3 lactate -> 2 propionic + acetate + CO2
Acid butyric là sản phẩm chính của nhiều loài vi khuẩn yếm khí bắt buộc như
Clostridium và Butyrivibrio lên men các loại đường 6 carbon. Ở pH thấp (<4,5), vài
loài Clostridium sản sinh một ít a-xê-tôn và n-butanol rất độc với vi khuẩn vì nó ảnh
hưởng tới các chức năng của màng tế bào (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân,
2015).
Đường 6 carbon -> CH3CH2CH2COOH
Theo nghiên cứu của Husnul Azan et al. (2010) thực hiện thí nghiệm với chất thải
thực phẩm kết hợp với bùn từ ao kỵ khí trong vòng 45 ngày. Trong vòng 22 ngày đầu
thì acid acetic và acid propionic tăng, tăng nhiều nhất là acid acetic (acid acetic là 769
mg/L và acid propionic là 526 mg/L) nhưng đến giai đoạn sau, acid acetic và acid
propionic giảm thì acid butyric tăng mạnh (nồng độ 440 mg/L ở ngày 43).

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

8


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm nồng độ các acid béo bay hơi của Husnul Azan et al.
(2010)
Acetic acid

Propionic acid

Butyric acid

mg/L

mg/L

mg/L

1

560,00

164,00

0,00

8

560,00

201,00

0,00

15

624,00

218,55

0,00

22

769,00

526,00

0,00

29

664,00

300,66

38,56

36

677,00

267,34

394,00

43

709,48

254,28

440,00

Ngày

(Nguồn: Husnul Azan, 2010)
Một nghiên cứu khác của H.-Q. Yu and H.H. P. Fang (2002) cho thấy rằng từng loại
acid béo bay thay đổi theo từng giá trị pH (Bảng 2.6).
Bảng 2.6 Kết quả phần trăm VFA ứng với từng giá trị pH
pH

Acid acetic (%)

Acid propionic (%)

Acid butyric (%)

5

26

28

14

5,5

28

18

13

6

33

13

14

6,5

34

12

13

(Nguồn: H.-Q. Yu and H.H. P. Fang, 2002)
Kết quả thí nghiệm cho thấy acid acetic tăng từ pH 5 (26%) đến pH 6,5 (34%), trong
khi đó acid propionic giảm từ pH 5 (28%) tới pH 6,5 (12%), còn acid butyric tương
đối giống nhau giữa các pH thí nghiệm và thấp hơn acid acetic và acid propionic (thí
nghiệm này được thực hiện trong 24 giờ với nguyên liệu là nước thải từ nhà máy sản
xuất bơ, sữa).
b. Nhiệt độ
Nhiệt độ cũng được xem yếu tố có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh khí mê-tan. Nhiệt
độ ở đây là nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới toàn bộ thí nghiệm. Theo Monnet

(2003) – trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014), vi khuẩn
yếm khí được chia làm 2 nhóm:
- Vi khuẩn ưu ấm: thường hoạt động trong khoảng 20 – 450C, tiêu biểu là 350C
- Vi khuẩn ưu nhiệt: thường hoạt động trong khoảng nhiệt độ 50 – 650C
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

9


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC

Hình 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
(Nguồn: Price and Cheremisinoff, 1981 trích lại từ Chongrak Polpaset, 1989, trích
từ Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014)
Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cũng cho rằng tốc độ sinh khí tăng
khi nhiệt độ tăng nhưng khi nhiệt độ tăng đến 40 – 450C thì tốc độ sinh khí giảm,
nhiệt độ trên 600C thì khả năng sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí bị kìm
hãm hoàn toàn ở 650C trở lên. Tuy nhiên, nhiệt độ tối ưu của hầm ủ có thể biến thiên
theo thành phần nguyên liệu nạp, loại hầm ủ. Do đó cần phải duy trì nhiệt độ ổn định
để đạt hiệu quả sản xuất khí KSH ổn định. Theo nghiên cứu của Almoustapha et al.
(2009) thì ở những vùng khí hậu ấm áp sẽ sinh khí tốt hơn vùng khí hậu lạnh, cụ thể
họ làm nghiên cứu với lục bình phối hợp bã dạ cỏ tươi (tỉ lệ 3:1) ở nhiệt độ 20 - 300C
phản ứng diễn ra vào ngày 13 và khí dễ cháy có vào ngày 18, tổng lượng khí sinh học
được sản xuất sau 65 ngày là 123,4 m3. Trong khi đó, cũng thí nghiệm trên nhưng ở
30 – 400C thì phản ứng bắt đầu diễn ra vào ngày thứ 8, khí CH4 sinh ra vào ngày thứ
11, tổng lượng KSH sau 65 ngày là 151,4 m3.
c. Kích cỡ nguyên liệu nạp
Kích cỡ nguyên liệu nạp cũng không kém phần quan trọng đến khả năng sinh khí của
mẻ ủ yếm khí. Kích cỡ nguyên liệu càng nhỏ thì khả năng tiếp xúc của vi khuẩn và

nguyên liệu càng cao, do đó nguyên liệu phân hủy nhanh và hiệu quả hơn. Ngược lại,
kích cỡ càng to thì khả năng tiếp xúc và tốc độ phân hủy nguyên liệu chậm hơn.
Theo thí nghiệm của Nguyễn Minh Tùng (2013) bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên nguyên
liệu LB với các kích cỡ 1 cm, 10 cm, 20 cm, không cắt (tỉ lệ phối trộn là 50% LB +
50% phân heo) và 100% phân heo trong vòng 60 ngày. Kết quả thí nghiệm cho thấy
năng suất sinh khí của các nghiệm thức (NT) có kích thước 1 cm và 10 cm cao nhất
(666,44 L/kg ODM; 665,95 L/kg ODM), còn 20 cm, không cắt phối trộn với phân
heo và 100% phân heo lần lượt là 661,16 L/kg ODM và 657,71 L/kg ODM và 428,56
L/kg ODM (ODM tương ứng với VS). Tuy nhiên, kích cỡ 1 cm và 10 cm không có
sự khác biệt ở mức ý nghĩa 5%. Vì vậy thí nghiệm chọn kích cỡ nguyên liệu là 10 cm
để thực hiện.
d. Hiệu điện thế oxy hóa khử
Để xác định môi trường hoạt động của vi khuẩn có thực sự yếm khí hay không có
thể dựa vào hiệu thế oxy hóa khử (ORP – oxidation reduction potential hay redox
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

10


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
potential). Thông thường giá trị này dưới -100 mV thì môi trường sẽ yếm khí. Từng
giai đoạn sẽ có giá trị ORP khác nhau, cụ thể thể hiện trong bảng sau:
Bảng 2.7 Hiệu thế oxy hóa khử và hoạt động của vi khuẩn
Hiệu thế ô-xy hóa khử
(mV)

Điều kiện

< -50

Yếm khí

Lên men, khử SO42-

< -100

Yếm khí

Lên men, tạo hỗn hợp acid

< -300

Yếm khí

Tạo mê-tan

Giai đoạn

(Nguồn: Gerardi, 2003a – trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân,
2015)
ORP có quan hệ mật thiết với nhiệt độ và TVFAs. Theo nghiên cứu của Sung Jae Lee
(2008) thực hiện ở các khoảng nhiệt độ (140C, 290C, 370C), kết quả cho thấy nhiệt độ
cao nhất (370C) ORP thấp nhất (-359 mV).
Bên cạnh đó, ORP cũng có mối quan hệ mật thiết với giá trị pH theo phương trình
sau:
H2 O ↔

1
2

𝑂2 + 2𝐻 + + e-

Để phương trình trên cân bằng thì H+ và e- phải tỉ lệ nghịch với nhau
Trong khi đó pH = - log [H+] và ORP = - log [e-]
Từ đó có thể thấy pH và ORP tỉ lệ nghịch với nhau, khi ORP tăng 59 mV thì pH sẽ
giảm 1 đơn vị (R D DeLaune and K R Reddy, 2005). Theo Nguyễn Quang Khải và
Nguyễn Gia Lượng (2010) thì giá trị ORP tối ưu cho quá trình ủ yếm khí dao động
từ -350 đến -300mV . Do đó, việc theo dõi thông số ORP trong quá trình ủ cũng rất
cần thiết cho việc nâng cao năng suất sinh khí CH4 và cải thiện hiệu quả hoạt động
của vi sinh vật trong hầm ủ.
e. Quần thể vi sinh vật ban đầu
Các vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy yếm khí thường có mặt sẵn trong các loại
chất hữu cơ. Tuy nhiên, lúc mới vận hành lượng vi sinh vật này vẫn còn rất thấp nên
cần thêm chúng vào để khởi động nhanh chóng, có thể thêm chất thải của một hệ
thống phân hủy yếm khí đang hoạt động để làm chất mồi cho hệ thống mới.

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

11


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
f. Tổng lượng nguyên liệu nạp
Đối với phương pháp ủ yếm khí theo mẻ thì nguyên liệu chỉ được tính toán để nạp
một lần và phân hủy suốt quá trình thí nghiệm. Với nghiên cứu của JHY Katima
(2001) làm thí nghiệm với lục bình ở các tỉ lệ nạp từ 5 – 30 gVS/L (tương đương với
0,5 – 3% VS) (VS là chất rắn bay hơi), kết quả thí nghiệm cho thấy 25 gVS/L (2,5%
VS) cho khả năng sinh khí tốt nhất, lượng CH4 sinh ra cao nhất 65,67% còn các NT

khác cao nhất dao động từ 20 – 60% CH4.
g. Tỉ lệ C/N
Hai nguyên tố được nhiều nhà nghiên cứu cho rằng quan trọng nhất cho quá trình
phân hủy yếm khí là các-bon và nitơ, khi hai nguyên tố này ở một tỉ lệ thích hợp thì
quá trình phân hủy mới diễn ra tốt. Dioha et al. (2013) thực hiện nghiên cứu với hơn
50 loại nguyên liệu, họ cho rằng tỉ lệ C/N thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí
là từ 20 – 30. Thay đổi tỉ lệ C/N cũng làm thay đổi pH của mẻ ủ. Nếu tỉ lệ C/N cao
nghĩa là carbon nhiều, nitơ ít; carbon nhiều sẽ làm tăng quá trình chuyển hoá CO2 và
làm pH giảm, nitơ ít vi khuẩn sẽ nhanh chóng sử dụng hết, từ đó nitơ trở thành yếu
tố giới hạn quá trình tăng trưởng của vi sinh vật. Ngược lại nếu tỉ lệ này quá thấp, tức
là nitơ quá nhiều thì nitơ sẽ được phóng thích từ các hợp chất hữu cơ và tích lũy trong
hệ thống dưới dạng amôn sẽ làm tăng pH của hệ thống và ảnh hưởng đến hoạt động
của vi khuẩn mê-tan.
Bảng 2.8 Tỉ lệ C/N của lục bình từ các nguồn khác nhau
Nguyên
liệu
Lục bình

%C

%N

C/N

46,4

1,84

25,2

43,08

1,45

30

Nguồn
Nguyễn Văn Thu (2010)
Nguyễn Hữu Phong (2009)

i. Khuấy trộn
Đối với hầm ủ sinh khối thực vật thì khuấy trộn là một điều vô cùng cần thiết, khuấy
trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải, làm tăng nhanh quá trình sinh
khí. Ngoài ra nó còn giảm thiểu sự lắng đọng các chất rắn xuống đáy hầm, tạo bọt và
ván trên mặt hầm ủ. Tuy nhiên, theo RISE –AT (1998) và Monnet (2003) trích dẫn
bởi Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) chỉ nên khuấy trộn vừa đủ, nếu
khuấy trộn nhiều quá cũng ảnh hưởng xấu tới hệ vi sinh vật trong hầm ủ
k. Xử lý nguyên liệu nạp
Nguyên liệu nạp cần phải làm sạch, loại bỏ tạp chất, cắt ra thành những đoạn ngắn
để dễ trộn đều, tăng diện tích tiếp xúc với vi khuẩn, từ đó đẩy nhanh tốc độ phân
hủy.

Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

12


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
2.3 CÂY LỤC BÌNH VÀ KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC

2.3.1. Giới thiệu về cây lục bình
a. Nguồn gốc
Lục bình có nguồn gốc từ sông Amazon ở Brazil (Bolenz et al., 1990), sau đó lan
rộng ra nhiều nước trên thế giới, chính vì vậy mà nó còn có tên gọi là bèo tây. Theo
Nguyễn Văn Dương (1993) lục bình du nhập vào Việt Nam vào khoảng năm 1905.
Chúng được trồng hoặc mọc dại nhiều ở sông rạch miền Nam nước ta, đặc biệt là ở
khu vực nhiều bùn và nguồn nước giàu dinh dưỡng.
b. Phân loại
Lục bình thuộc họ Pontederiaceae, có tên khoa học là Eichhornia crassipes. Lục bình
còn được gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bèo sen và là loài cỏ đa niên, thuộc nhóm thực
vật thủy sinh sống trôi nổi có khả năng hấp thu một lượng lớn chất dinh dưỡng (Phạm
Hoàng Hộ và ctv, 1992).
c. Đặc điểm cấu tạo
Lục bình có thể cao từ 30 – 90 cm, thân lục bình có nhiều bẹ lá kết lại thành thân giả,
mỗi bẹ phình to giống lọ lục bình (có thể đây là nguồn gốc tên gọi của loài thủy sinh
này), bên trong rỗng xốp giúp chúng nổi phình trên mặt nước. Khi thân già thân thật
vươn khỏi mặt nước và mang phát hoa.
Lá lục bình dạng lá đơn, gần tròn, lõm, có màu xanh lục, bề mặt láng bóng, gân lá tạo
thành vòng cung.
Rễ LB là rể chùm với nhiều rể con giúp cây hấp thụ chất dinh dưỡng và bám vào bề
mặt đất khi chúng trôi dạt vào bờ, rễ lục bình có thể mọc dài tới 1m.
Đến mùa hè cây lục bình nở hoa, hoa lục bình mọc thành chùm với 1 phát đài cao
khoảng 15 cm, hoa thường không đều có 3 lá đài giống như 3 cánh hoa, màu của đài
và tràng hoa đều là màu xanh nhạt hay tím, điểm chấm màu lam nhẹ nhàng. Ba cánh
đài và cánh tràng gắn liền với nhau ở gốc, cánh hoa trên giống đuôi công với viền hoa
màu tím đậm bao quanh giọt nước màu lam và điểm giữa là đốm vàng nổi bật nhìn
rất độc đáo. Hoa lục bình có 6 nhụy gồm 3 dài 3 ngắn. Cuốn hoa đứng thẳng giúp hoa
vương lên khỏi mặt nước.
d. Thành phần hóa học
Lục bình có khả năng hấp thu mạnh mẽ các chất dinh dưỡng và các chất hóa học từ

môi trường sống chính vì vậy thành phần hóa học của lục bình phụ thuộc nhiều vào
môi trường sống. LB có hàm lượng nước khá cao chiếm từ 90-95% trọng lượng của
cây. Hàm lượng vật chất khô thấp là giới hạn chính cho việc thu hoạch, chế biến và
sử dụng nguồn sinh khối thực vật. Lục bình chứa 2,9% hàm lượng protein (đạm hữu
cơ), 0,9% hydrat carbon (đường bột), 22% cellulose (chất xơ), 1,4% khoáng tổng số
(Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997).
Bảng 2.9 Thành phần hóa học của lục bình
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

13


LUẬN VĂN ĐẠI HỌC
Gunnarsson
Thông số
(tính theo
%DM)

Abdelhami
d và Gabr
(1991)

Bolenz
et al..
(1990)

Chanaky

Patel

Poddar

et al..
(1993)

et al..
(1993a)

et al..
(1991)

Polpraser
t et al..
(1980)

and
Mattsson
(1997)
Tươi

Khô

% vật chất
khô

9,5

6,2

9,4

-

-

-

Chất hữu cơ

74,3

-

83,65

-

83,61

-

Protein

20,0

-

-

11,9

16,25

-

Chất xơ

18,9

-

-

-

16,34

-

Tro

25,7

15,0

-

20,2

16,39

-

35,6

52,07

-

-

-

-

-

15,8

23,5

25,1

Hemicellulose

33,4

22,0

33,97

43,4

18,42

-

Cellulose

19,5

31,0

18,0

17,8

25,61

-

Lignin

9,27

7

26,36

7,8

9,93

-

Lân

0,53

-

-

-

0,53

0,5

0,26

0,32

27,6

18,54

1,18

0,74

4,53

2,27

Tỉ lệ C/N

Carbon
Đạm

-

-

-

-

2,76

2,9

Magie

0,17

-

-

-

-

-

Canxi

0,58

-

-

-

2,29

-

-

-

-

-

2,44

-

9,5

6,2

9,4

-

-

-

Kali
Năng lượng
trao đổi cho
động vật nhai
lại (MJ/kg)

(Nguồn: Carina and Cecilia, 2007)
e. Khả năng sinh trưởng và sinh sản
Lục bình có tốc độ sinh sản rất nhanh. Theo nghiên cứu của Dellarossa (2001) thì với
diện tích gieo trồng ban đầu là 1000 m2, sau một tháng LB có thể phát triển lên từ
2300 đến 6000m2. Trong điều kiện môi trường thích hợp LB có thể gia tăng số lượng
gấp đôi chỉ trong vòng 7 ngày (Tag El-Din, 1992) và sản lượng có thể lên tới 140 tấn
DM/ha/năm (Carina và Cecilia, 2007; Abdelhamid và Gabr, 1991). Tại đồng bằng
sông Cửu Long, Nguyễn Phương Chi (2013) đã thực hiện khảo sát với lục bình tại
huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ ở điều kiện tự nhiên, kết quả thí nghiệm cho

thấy chu kì nhân đôi của LB trong khoảng 11- 13 ngày (đối với LB sống tại ao, hồ)
và 23 ngày (đối với LB phát triển trôi nổi trên sông), lượng sinh khối thu được dao
động từ 1,3 – 6,9 kg trọng lượng tươi /m2 và trọng lượng khô dao động từ 162 – 804
DM/m2 (DM tương đương với TS). Lượng sinh khối thu hoạch được từ LB phụ thuộc
Trương Quang Nhựt B1205089
Bùi Thị Diểm My B1205072

14