ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH học của PHÂN bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ ủ yếm khí bán liên tục

Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Cần Thơ, ngày …tháng…. năm…..
Cán bộ hướng dẫn

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

i

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến gia đình tạo điều kiện cho tôi đi học và
động viên trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô bộ môn Kỹ Thuật Môi
Trường, Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên- Đại Học Cần Thơ đã
hướng dẫn, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu của mình.
Xin chân thành gửi lời cảm ơn Thầy Nguyễn Võ Châu Ngân, Thầy Kim
Lavane, Thầy Nguyễn Trường Thành, Cô Nguyễn Thị Thu Vân và chị Nguyễn Lệ
Phương đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến sâu sắc trong suốt
đề tài làm luận văn.
Xin cảm ơn đến chị Nguyễn Thị Thùy, nghiên cứu viên của dự án DANIDA
đã hỗ trợ, tận tình giúp đỡ để tiến hành thí nghiệm được thuận lợi hơn.
Sau cùng gửi lời cảm ơn đến lớp Kỹ Thuật Môi Trường 38 đã giúp đỡ trong
suốt quá trình thực hiện đề tài.
Sau cùng chúc mọi người sức khỏe và luôn luôn thành công trong cuộc sống
cũng như công việc.
Chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày… tháng…. năm ……

Thạch Hải

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

Nguyễn Văn Liêm

ii

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

TÓM TẮT
Đề tài “Đánh giá khả năng sinh khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng
trong mẻ ủ yếm khí bán liên tục” được thực hiện trong phòng thí nghiệm với ba tỉ lệ
phối trộn 100% phân bò (PB), 100% bèo tai tượng (BTT) và 50% bèo tai tượng +
50% phân bò nhằm so sánh hiệu quả ủ yếm khí 1 cấp và ủ yếm khí 2 cấp đến khả
năng sinh khí và thành phần khí sinh học trong hai mô hình. Trong thí nghiệm các
nghiệm thức bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với ba lần lặp lại. Trong 63 ngày ủ thì cho
thấy NT1 (100% PB 1 cấp), NT2 (100%PB 2 cấp) không có khả năng sinh khí. Sau
63 ngày lượng khí sinh ra hằng ngày NT1 (100%PB1 cấp) cao nhất 2,01 (L biogas) và
thấp nhất 1,325 (L biogas), NT2 (100%PB2 cấp) cao nhất 1,775 (L biogas) và thấp

nhất là 1,07 (L biogas). Lượng khí sinh ra hằng ngày NT3 (50P%B+50%BTT1 cấp)
cao nhất 7,53 (L biogas) và thấp nhất là 2,53 (L biogas), NT4 (50P%B+50%BTT2
cấp) cao nhất là 8,03 (L biogas) và thấp nhất 2,66 (L biogas), NT5 (100%BTT1 cấp)
lượng khí sinh ra hằng này cao nhất 12,7(L biogas) và thấp nhất là 5,23 (L biogas),
NT6 (100%BTT2 cấp) cao nhất là 12,94 (L biogas) và thấp nhất 5,72 (L biogas). Thí
nghiệm 2 cấp có lượng khí sinh ra hằng ngày cao hơn so với lượng khí ở thí nghiệm
1 cấp nhưng có sự khác biệt (không ý nghĩa 5%).
Thí nghiệm105 ngày ủ cho thấy thể tích khí cộng dồn NT3 (50%PB+50%BTT1 cấp)
là 170,31 L biogas, NT4 (50%PB+50%BTT 2 cấp) là 178,10 (L biogas), NT5
(100%BTT1 cấp) là 329,54 L biogas, NT6 (100% BTT2 cấp) là 329,54 L biogas. Qua
quá trình ủ 105 ngày các nghiệm thức có tổng thể tích cộng dồn ủ 2 cấp cao hơn so
với 1 cấp nhưng vẫn có sự khác biệt với (không ý nghĩa 5%).
Nồng độ khí metan qua các nghiệm thức cho thấy trong 15 ngày đầu thì khí metan
thấp (<25%). Nhưng sau 31 ngày thì khí metan tăng lên rõ rệt và bắt đầu ổn định
dao động từ 42%-52% trong suốt quá trình ủ. Các yếu tố môi trường trong bình ủ
như giá trị pH, nhiệt độ được theo dõi hằng ngày đều nằm trong khoảng thích hợp.
Các chỉ tiêu COD, TKN, TP, tổng Coliform được phân tích theo chu kì 21 ngày và
cho thấy các chỉ tiêu phân tích của nghiệm thức 2 cấp thấp hơn nghiệm thức 1 cấp
cùng nguyên liệu.
Từ khóa : biogas, 1 cấp, 2 cấp, bèo tai tượng, phân bò, ủ yếm khí bán liên tục.

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

iii

SVTH:
Thạch Hải

B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

LỜI CAM KẾT
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của
chúng tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn
cùng cấp nào khác.

Ngày……tháng ……năm…..

Thạch Hải

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

iv

Nguyễn Văn Liêm

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061

Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

MỤC LỤC
Ý KIẾN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN .............................................................................. i
CẢM ƠN LỜI ...................................................................................................................... ii
TÓM TẮT ........................................................................................................................... iii
LỜI CAM KẾT ................................................................................................................... iv
MỤC LỤC ............................................................................................................................ v
DANH SÁCH BẢNG ......................................................................................................... vii
DANH SÁCH HÌNH......................................................................................................... viii
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ................................................................................................. 9
1.1
Đặt vấn đề ............................................................................................................. 9
1.2 Mục tiêu của đề tài .................................................................................................... 9
1.2.1 Mục tiêu tổng quát.............................................................................................. 9
1.2.2 Mục tiêu cụ thể .................................................................................................. 10
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................................... 11
2.1 Khí sinh học.............................................................................................................. 11
.2.3 Cơ chế của quá trình phân hủy yếm khí sinh metan ........................................... 11
2.3.1 Phân giải cellulose............................................................................................. 12
2.3.2 Phân giải lignin ................................................................................................. 12
2.3.3 Quá trình phân hủy yếm khí chia làm 3 giai đoạn ........................................ 12
2.4 Quá trình lên men yếm một giai đoạn và hai giai đoạn ....................................... 14
2.5 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí ................... 15
2.5.1 Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu .................................................................. 15
2.5.2 Nhiệt độ.............................................................................................................. 16
2.5.3 Thời gian lưu ..................................................................................................... 16

2.5.4 pH và độ kiềm ........................................................................................... 9
2.5.5 Hàm lượng chất khô ......................................................................................... 17
2.5.6 Khuấy trộn ........................................................................................................ 18
2.5.7 Tiền xử lý ........................................................................................................... 18
2.5.8 Các nguyên tố vi lượng ..................................................................................... 18
2.6 Các kiểu nạp nguyên liệu ........................................................................................ 19
2.6.1 Nạp theo mẻ....................................................................................................... 19
2.6.2 Nạp liên tục ....................................................................................................... 20
2.6.3 Nạp bán liên tục ................................................................................................ 20
2.7 Sơ lược về phân bò................................................................................................... 20
2.7.1 Thực trạng chăn nuôi bò ở ĐBSCL ................................................................ 20
2.7.2 Khả năng sinh khí của phân bò ....................................................................... 21
2.7 Bèo tai tượng ............................................................................................................ 21
2.7.1 Nguồn gốc .......................................................................................................... 21
2.7.2 Đặc điểm sinh trưởng ....................................................................................... 21
2.7.3 Thành phần hóa học trong bèo tai tượng ....................................................... 22
2.7.4 Các nghiên cứu trong nước.............................................................................. 22
2.8 Nghiên cứu ngoài nước............................................................................................ 24
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN ............................ 25
3.1 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 25
3.1.1 Nguyên vật liệu thí nghiệm .............................................................................. 25
3.1.2 Bố trí thí nghiệm ............................................................................................... 25
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

v

SVTH:

Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục
3.1.3 Mô hình thí nghiệm .......................................................................................... 25
3.2.4 Cách tính toán nguyên liệu nạp ....................................................................... 26
3.2.5 Phương pháp thực hiện .................................................................................... 28
3.2.6 Phương pháp thu mẫu và phân tích mẫu ....................................................... 28
a. Các chỉ tiêu theo dõi .......................................................................................... 28
b. Phương pháp thu mẫu ...................................................................................... 28
c. Phương pháp phân tích mẫu............................................................................. 29
3.2.7 Phương pháp xử lý số liệu ................................................................................ 30
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 31
4. 1 Các thông số đầu vào của quá trình ủ .................................................................. 31
4.2 Kết quả của quá trình ủ yếm khí ............................................................................... 32
4.2.1 Giá trị pH .......................................................................................................... 32
4.2.2 Nhiệt độ.............................................................................................................. 34
4.2.3 Độ kiềm .............................................................................................................. 36
4.3 Khả năng sinh khí của quá trình ủ yếm khí vận hành theo kiểu bán liên tục ... 37
4.3.1 Thể tích khí sinh học ........................................................................................ 37
4.3.2 Thành phần khí CH4 trong quá trình ủ yếm khí vận hành bán liên tục ..... 38
4.3.3 Nồng độ khí CH4, CO2 và các khí khác trong suốt quá trình ủ yếm khí bán
liên tục......................................................................................................................... 39
4.3.4 Tổng khí sinh học cộng dồn của các nghiệm thức ......................................... 40
4.4 Đặc tính nước thải đầu của quá trình ủ yếm khí qua các giai đoạn ................... 41
4.4.1 Hàm lượng COD ............................................................................................... 41
4.4.2 Hàm lượng TKN ............................................................................................... 42

4.4.3 Hàm lượng TP ................................................................................................... 43
4.4.4 Tổng Coliform ................................................................................................... 44
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................... 45
5.1 Kết luận .................................................................................................................... 45
5.2 Kiến nghị .................................................................................................................. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................. 47
PHỤC LỤC 1. MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 50
PHỤC LỤC 2 SO SÁNH TRONG CÙNG 1 THÍ NGHIỆM ......................................... 56

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

vi

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục
DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần khí sinh học ........................................................................... 11
Bảng 2.2 Tỉ lệ C/N của một vài nguyên liệu hữu cơ ................................................ 15
Bảng 2.3 Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của nhóm vi khuẩn sinh khí mêtan ...... 16
Bảng 2.4 Điều kiện thuận lợi hình thành khí metan ................................................. 17

Bảng 2.5 Ngưỡng ức chế của các chất khác nhau .................................................... 19
Bảng 2.6 Nồng độ kích thích và ức chế của các cation kiềm và kiềm thổ ............... 19
Bảng 2.7 Năng suất sinh khí của một số loại phân động vật .................................... 21
Bảng 2.8 Tỉ lệ phần trăm thành phần hóa học của bèo tai tượng ............................. 22
Bảng 2.9 Thành phần của bèo tai tượng ................................................................... 22
Bảng 2.10 Tổng lượng khí sinh ra trong thí nghiệm ................................................ 22
Bảng 2.11 Thành phần các khí sinh học ở ba nghiệm thức trong thí nghiệm .......... 23
Bảng 3.1 Khối lượng các nguyên liệu nạp cho từng nghiệm thức ........................... 28
Bảng 3.2 Phương pháp và phương tiện phân tích .................................................... 29
Bảng 4.1 Đặc điểm hóa học của nguyên liệu nạp 63 ngày ....................................... 31
Bảng 4.2 Đặc liệu nạp sau 63 ngày điểm hóa học của nguyên ................................ 31
Bảng 4.3 Tổng coliform (MPN/100mL) đầu ra của nghiệm thức qua các giai đoạn 44

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

vii

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1 Quá trình chuyển đổi sinh khí metan (Chandra et al ,2012) ..................... 13
Hình 2.2 Quy trình ủ yếm khí 1 giai đoạn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt,
2009) ................................................................................................................ 14
Hình 2.3 Quy trình ủ yếm khí 2 giai đoạn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt,
2009) ................................................................................................................ 14
Hình 2.4 Quy trình tiền xử lý sinh khối Lignocellulose (Chandraa et al ,2012) ...... 18
Hình 3.1 Mô hình thí nghiệm ủ 1 cấp (A) ủ 2 cấp (B) ............................................. 26
Hình 4.1 Giá trị pH đầu vào (A) và đầu ra (B) của các nghiệm thức qua các giai
đoạn .......................................................................................................................... 32
Hình 4.2 Giá trị pH chữ T của các nghiệm thức qua các giai đoạn.......................... 33
Hình 4.3 Giá trị nhiệt độ đầu vào (A) và đầu ra (B) của các nghiệm thức qua các
giai đoạn ................................................................................................................... 34
Hình 4.4 Giá trị nhiệt độ chữ T của các nghiệm thức 2 cấp qua các giai đoạn ........ 35
Hình 4.5 Độ kiềm trong hỗn hợp đầu ra qua các giai đoạn ...................................... 36
Hình 4.6 Thể tích khí sinh học sinh ra hằng ngày .................................................... 37
Hình 4.7 Thành phần khí CH4 của các nghiệm thức qua các giai đoạn ................... 38
Hình 4.8 Nồng độ khí CH4, CO2 và các khí khác của các nghiệm thức qua các giai
đoạn .......................................................................................................................... 39
Hình 4.9 Thể tích cộng dồn của các nghiệm thức qua các giai đoạn ....................... 40
Hình 4.10 Hàm lượng COD đầu ra của các nghiệm thức qua các giai đoạn ............ 41
Hình 4.11 Hàm lượng TKN của các nghiệm thức qua các giai đoạn ...................... 42
Hình 4.12 Hàm lượng TP của các nghiệm thức qua các giai đoạn ......................... 43

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

viii

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) chủ yếu phát triển nông nghiệp, nuôi trồng
thủy sản và chăn nuôi. Trong đó, ngành chăn nuôi đóng vai trò quan trọng đối với
phát triển kinh tế ở ĐBSCL, góp phần tăng thu nhập cho người dân nói chung và
chăn nuôi bò nói riêng.
Theo báo cáo của Tổng Cục Thống kê (2015) chăn nuôi bò đã phát triển mạnh trong
những năm gần đây, cả nước có 5,3 triệu con bò, tăng 2,7%; đàn bò sữa tiếp tục
phát triển đạt 253,7 nghìn con tăng 53,2 nghìn con ( tăng 26%) so với cùng kỳ năm
trước. Song song đó một lượng chất thải từ các trang trại chăn nuôi bò được thải
vào môi trường chất thải chưa qua xử lý thải ra ngoài kênh, rạch…đã và đang ảnh
hưởng trực tiếp đến môi trường nước mặt gây ra mùi hôi thối chứa nhiều mầm bệnh
có khả năng lây lan trong môi trường (Bùi Thị Nga và ctv, 2013; Nguyễn Võ Châu
Ngân và ctv, 2012). Chất thải chăn nuôi bò chứa thành phần chất rắn hữu cơ bao
gồm lipid, carbohydrate, protein và các chất dinh dưỡng khác (Nguyễn Văn Thu,
2010). Các chất dinh dưỡng này có thể cải tạo đất, cung cấp dưỡng chất cho cây
trồng. Đồng thời các chất hữu cơ trong phân bò có khả năng tạo ra khí sinh học
(Nguyễn Hữu Chiếm và ctv, 2013; Nguyễn Võ Châu Ngân và ctv, 2011; Ukpai và
Nnabuchi, 2012; Felix et al., 2010).
Với điều kiện khí hậu nóng ẩm gió mùa, hệ thống sông ngòi chằng chịt là điều kiện

thuận lợi cho các thực vật thủy sinh phát triển đặc biệt là bèo tai tượng. Bèo tai
tượng có hàm lượng cacbon khoảng 40% thích hợp cho sự phối trộn với phân bò
tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ nhằm tăng năng
suất sinh khí mê tan để phục vụ cho nhu cầu năng lượng của người dân ( Bùi Thị
Nga và ctv, 2013; Trương Minh Châu và Võ Văn Đủ, 2014).
Do việc chỉ sử dụng phân bò để làm nguyên liệu nạp đem lại hiệu quả không cao
nên có nhiều nghiên cứu kết hợp phân bò với các nguyên liệu thực vật để nâng cao
hiệu quả sinh khí. Đã có đề tài nghiên cứu trong phòng thí nghiệm phối trộn phân
bò với thực vật thủy sinh vận hành theo mẻ, nhưng trên thực tế các hầm ủ, túi ủ
được vận hành theo kiểu bán liên tục. Từ những lý do trên, đề tài “ Đánh giá khả
năng sinh khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ ủ yếm
khí bán liên tục” được thực hiện.
1.2 Mục tiêu của đề tài
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Tận dụng nguồn chất thải từ chăn nuôi bò và thực vật thủy sinh làm nguồn nguyên
liệu bổ sung cho mẻ ủ yếm khí nhằm tạo ra năng lượng sinh học sử dụng cho quy
mô nông hộ và góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường từ chất thải chăn nuôi bò.

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

9

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061

Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

1.2.2 Mục tiêu cụ thể
Xác định thể tích khí và thành phần khí sinh học của mẻ ủ yếm khí 1 cấp và 2 cấp
vận hành bán liên tục với nguyên liệu nạp là phân bò phối trộn với bèo tai tượng.
So sánh, đánh giá khả năng sinh khí sinh học giữa mẻ ủ yếm khí 1 cấp và 2 cấp
phân bò phối trộn với bèo tai tượng theo hình thức bán liên tục.

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

10

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Khí sinh học
Khí sinh học là nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải gia súc và con người, sản
phẩm bay hơi của quá trình lên men kỵ khí phân giải các chất hữu cơ (Ngô Kế

Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997; Nguyễn Văn Thu, 2010 từ Agriculture
information, 2009). Khí sinh học bao gồm 60-75% là khí mêtan, còn lại chủ yếu là
CO2, ngoài ra có một ít là các loại khí khác như CO, NO, H2…(Nguyễn Thị Kim
Thái và ctv, 2013).
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm (2013) cho rằng khí sinh học là một
sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ .
Bảng 2.1 Thành phần khí sinh học
Nguồn
Yadav and
Hesse, 1981,
trích FAO,
1996

Fabien Monnet,
2003

Lê Hoàng Việt và
Nguyễn Hữu
Chiếm, 2013

Methane (CH4)

55-70%

55 – 70 %

50 – 70%

Carbondioxide (CO2)

30-40%

30-45%

30-45%

Hydro (H2)

5-10%

-

0-1%

Nitơ (N2)

1-2%

0-2%

0-3%

0,3

-

-

-

500 ppm

200-4000ppm

Thành phần

Hơi Nước (H2O)
Hydro sunfua (H2S)

2.2 Vai trò của công nghệ khí sinh học
Vai trò của khí sinh học là:
o Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng.
o Xử lý tốt các yếu tố gieo rắc mầm bệnh trong phân vì bước thải sau biogas,
giảm mùi hôi, ít ruồi nhặng đeo bám, đặt biệt là ký sinh trùng và các mầm
bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường.
o Nước thải sau khi qua túi ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng và tăng hiệu quả
trong mô hình V.A.C.B: làm thức ăn cho gia súc, gia cầm.
o Mùn bã của túi ủ cung cấp nguồn phân hữu cơ sinh học, giảm sử dụng phân
hóa học, qua đó giúp cải tạo đất, nâng cao năng suất cây trồng.
.
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

11

SVTH:
Thạch Hải
B1205046

Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

2.3 Cơ chế của quá trình phân hủy yếm khí sinh metan
2.3.1 Phân giải cellulose
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), hệ sinh vật phân giải cellulose
khá phong phú, nấm và xạ khuẩn đặc biệt những sinh vật (Clostridium
thermocellum, Clostridium omelianskii, Ruminococcus flavefeciens, bacteroides
succinogenes…)
2.3.2 Phân giải lignin
Hệ thống enzym phân hủy lignin theo cùng một kiểu trong nấm đảm dựa trên nền
tảng của cơ chế phá vỡ mạch polymer bằng các gốc phản ứng mạch có thể coi như
là một cơ chế lý tưởng cho sự phân hủy sinh học các hợp chất ô nhiễm hữu cơ
trong môi trường (Fernado và Aust, 1990).
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) cho rằng lignin chiếm 20-30%
trong gỗ, chiếm 10-20% đối với cỏ. Lignin là loại đa phân tử rất phức tạp chiếm
khoảng 69%C, 7%H và 24%O.
Sự phân hủy lignin nhanh nhất và phổ biến nhất là nấm. các nấm phân hủy các
thành phần gỗ là: nấm mục trắng (Actinomyces và nấm bất toàn), nấm mục nâu
(Basidonycetes) và nấm mục mềm (Basidiomycetes).
2.3.3 Quá trình phân hủy yếm khí chia làm 3 giai đoạn
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2015) theo cơ chế quá trình phân
hủy metan gồm các giai đoạn.

(Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015)
o Giai đoạn 1: Thủy phân và lên men các chất hữu cơ cao phân tử
Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi các protein thành các a-xít

amin, cacbohydrate thành các đường đơn, chất béo thành các a-xít béo chuỗi dài.
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

12

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Tuy nhiên , các chất hữu cơ như cellulose, lignin rất khó phân hủy thành các chất
hữu cơ đơn giản, đây là giới hạn của quá trình phân hủy yếm khí. Bởi vì lúc đó các
vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ hoạt động chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 2 và 3, do
đó tốc độ hoạt động của vi khuẩn ở giai đoạn 1 sẽ quyết định hiệu quả tổng thể của
quá trình: còn nếu các chất hữu cơ đầu vào là các hợp chất dễ phân hủy thì tốc độ
hoạt động của vi khuẩn giai đoạn 3 (vi khuẩn mê-tan) sẽ quyết định hiệu quả tổng
thể cúa quá trình. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào nguyên liệu nạp,mật độ vi khuẩn
trong hầm và các yếu tố môi trường như là pH và nhiệt độ.
o Giai đoạn 2 : Giai đoạn sinh axit và khí hydrô
Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được nhóm vi khuẩn
Acedogenic chuyển hóa thành a-xít-a-xê-tíc , H2 và CO2. Tỉ lệ của các sản phẩm
này phụ thuộc vào hệ sinh vật trong hầm ủ và các điều kiện môi trường.
o Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mê-tan

Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ được chuyển đổi thành mê-tan và các sản phẩm
khác bởi nhóm vi sinh vật mê tan. Vi khuẩn mê tan là những vi khuẩn yếm khí bắt
buộc, có tốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2.
Các vi khuẩn mê tan sử dụng acid acetic, methanol, CO2 và H2 để sản xuất mê-tan,
trong đó acid acetic là nguyên liệu chính với từ 70% mê tan được sản sinh ra từ đó.
Phần mê tan còn lại được sản xuất từ CO2 và H2, một ít được sinh ra từ a-xit formic
nhưng phần này không quan trọng, vì các sản phẩm này chiếm số lượng ít trong quá
trình lên men yếm khí (Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015).

Hình 2.1 Quá trình chuyển đổi sinh khí metan (Chandra et al ,2012)
Các vi khuẩn tham gia trong quá trình yếm khí được chia làm 04 nhóm chính :
o Nhóm 1 : nhóm vi khuẩn thủy phân và lên men (hydrolytic và fermentative
bacteria)
o

Nhóm 2 : nhóm vi khuẩn tạo a-xít-a-xê-tíc và khí H2 (acetate và H2producing bacteria)

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

13

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061

Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục
o

Nhóm 3 : nhóm vi khuẩn sử dụng a-xít để tạo khí mê- tan (acetoclastic
bacteria)

o

Nhóm 4 : nhóm vi khuẩn sử dụng hydro để tạo khí mê-tan

2.4 Quá trình lên men yếm một giai đoạn và hai giai đoạn
Quá trình này diễn ra trong hầm ủ có bộ phận cơ giới khuấy trộn, gia nhiệt, thu hồi khí, cho
thêm bùn và hút bùn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009).

Hình 2.2 Quy trình ủ yếm khí 1 giai đoạn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt,
2009)

Hình 2.3 Quy trình ủ yếm khí 2 giai đoạn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt,
2009)
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

14

SVTH:
Thạch Hải
B1205046

Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Các chất hữu cơ được phân hủy trong hai bể hoạt động nối tiếp nhau trong quy trình
lên men yếm khí 2 cấp. Bể phản ứng có thể nhận tải nạp cao hơn hay vận hành
trong thời gian lưu ngắn so với 1 giai đoạn (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt,
2009).
2.5 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí
2.5.1 Tỷ lệ cacbon và nitơ của nguyên liệu
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997) cho rằng tốc độ tiêu thụ C nhanh
hơn N khoảng 30 lần, do đó phân rã kỵ khí tốt nhất khi nguyên liệu nạp có tỷ lệ C/N
là 30/1. N là lượng đạm tổng số, C là lượng cacbon tổng số không kể của lignin.
Hàm lượng C và N trong mỗi loại nguyên liệu dao động rất mạnh tùy thuộc vào
nguồn gốc, thời gian sinh trưởng của thực vật và động vật.
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) các chỉ tiêu để đánh giá khả năng phân hủy là tỷ
lệ giữa trọng lượng cacbon và nitơ. Vi khuẩn tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ là 30
lần. Vì vậy, tỷ lệ C/N tối ưu của nguyên liệu nạp là 30.
Bảng 2.2 Tỉ lệ C/N của một vài nguyên liệu hữu cơ
Nguyên liệu

C/N

Tác giả

Phân bò

24

18
30,27
6-20

FAO,1996
Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009
Trương Minh Châu và Võ Văn Đủ, 2014
Fabien Monnet, 2003

Lục bình

25

Rơm (lúa)

70
128 – 150

FAO,1996
Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009

Bèo tai tượng

24,1
27,46

Bùi Thị Nga và ctv, 2013
Trương Minh Châu và Võ Văn Đủ, 2014

Phân người

8
6 – 10

FAO,1996
Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009

Phân heo

18

FAO,1996

FAO,1996

Hiệu suất tốt nhất của kỵ khí của hầm ủ về năng suất biogas thu đượcvới một C/N
tỷ lệ bằng 25/1 (Zitomer et al., 2008).
Một nghiên cứu để xác định tỷ lệ tối ưu đã được thực hiện bởi Li et al, sử dụng các
nghiên cứu thân cây ngô để phân hủy phân gia súc tại bốn tỷ lệ pha trộn (phân VS/
thân cây ngô VS = 1/1, 1/2, 1/3 và 1/4). Các tác giả cho một giá trị tối ưu của C/N
tỷ lệ để sản xuất khí sinh học phát triển quá trình khi các phân tỷ lệ VS/cuống ngô
VS là bằng 1/3 (Li et al., 2008). C/N cao thì quá trình phân hủy yếm khí bị ngưng
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

15

SVTH:

Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

trệ, C/N thấp thì tích lũy nhiều ammoniac gây độc cho vi khuẩn (Nguyễn Như Ngọc
và ctv, 2013).
2.5.2 Nhiệt độ
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) nhiệt độ thích hợp nhất đối với vi khuẩn metan là:
30-400C. Nếu nhiệt độ xuống thấp nhất 100C thì quá trình phân hủy sẽ ngừng lại.
Đồng thời Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng hệ thống phân
hủy yếm khí được vận hành 2 biên độ nhiệt:
20- 400C, tiêu biểu là 350C: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưu ấm
50-650C, tiêu biểu là 550C: nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưu nhiệt.
Tốc độ sinh khí sẽ giảm khi nhiệt độ trong khoảng 40-450C, vì khoảng nhiệt độ này
không thích hợp cho cả hai loại vi khuẩn ưa ấm và ưa nhiệt.
Bảng 2.3 Nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của nhóm vi khuẩn sinh khí mêtan
Khoảng nhiệt độ, oC

Nhóm vi khuẩn
Psychrophiles (ưa lạnh)
Mesophiles (ưa ấm)
Thermophiles (ưa nhiệt )
Hyperthermophiles (cự nhiệt )

5 – 25
30 – 35

50 – 60
> 65

(Nguồn: Greradi, 2003. Trích Nguyễn Võ Châu Ngân và Lê Hoàng Việt, 2015)
Pramod et al (2012) nghiên cứu cho thấy khí metan tại thời điểm 52,50C là
khoảng 70%, trong khi ở thời điểm 370C khoảng 55%, còn 250C thì không thể
xác định được khí metan.
2.5.3 Thời gian lưu
Theo Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng (1997), thời gian lưu phụ thuộc vào
nguyên liệu nạp thường thời gian lưu nằm trong khoảng 30-60 ngày
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2015) cho rằng thời gian lưu tồn
của hỗn hợp ủ còn gọi là thời gian lưu tồn nước HRT. HRT của hỗn hợp được tính
bằng công thức
HRT=

Vr
Q

Trong đó:
HRT: thời gian tồn lưu nước (ngày)
Vr : thể tích chứa hỗn hợp ủ của bể phản ứng (m3)
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

16

SVTH:
Thạch Hải

B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Q : lưu lượng nạp cho hầm ủ (m3/ngày)
. 2.5.4 pH và độ kiềm
Chuyển hóa các axit hữu cơ dễ bay hơi bởi các vi khuẩn sinh khí metan (CH 4) là
bước hạn chế tốc độ trong chuỗi các phản ứng sinh học và rằng axit axetic có thể
làm đại diện cho tất cả các chất bay hơi khác. Acid acetic bị phân ly ở mức độ mạnh
tại khoảng pH 6.6-7.4 (Lê Phi Nga, 2014 trích dẫn Graef và Andrews, 1974). Giá trị
pH điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn sinh metan từ 6.5 – 7.5 nếu pH giảm dưới 6.5
thì sản sinh ra nhiều a-xít (Viktor Grilc et al., 2012).

Bảng 2.4 Điều kiện thuận lợi hình thành khí metan
Thông số

Sự thủy phân hóa học

Nhiệt độ
pH
C/N

Sự hình thành metan

25 – 35 oC

Mesophilic 32 – 42oC,

Thermophilic 50 – 58oC

5.2 – 6.3

6.7 – 7.5

10/1 – 45/1

20/1- 30/1

Điện thế oxy hóa khử
+400 đến -300 mV
< -250 mV
(Nguồn: Chandra et al., 2012)
Các giá trị pH thích hợp cho quá trình ủ yếm khí đã được cho khí methan đã được
tìm thấy là khoảng 7,0 (Huber et al., 1982; Yang và Okos, 1987). Agdag và Sponza
(2007) đã báo cáo phạm vi pH thích hợp (7,0-7,2) trong phản ứng sinh học 50 ngày
của ủ quá trình ủ yếm khí. Lee et al. (2009b) đã báo cáo rằng methanogenisis trong
một phân hủy yếm khí xảy ra hiệu quả ở pH 6.5- 8.2, trong khi thủy phân và
acidogenesis xảy ra ở pH 5.5 và 6.5, tương ứng (Kim et al., 2003). Từ thí nghiệm
hàng loạt, nó đã chỉ ra rằng khoảng pH thích hợp cho vi khuẩn ưa nhiệt là 6-7 (Park
et al., 2008). Liu et al.,(2008) cho thấy rằng phạm vi thuận lợi nhất của pH để đạt
tối ưu trong sản xuất khí sinh học sản lượng phân hủy yếm khí là 6,5-7,5. Theo Lê
Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2014) cho rằng pH của hỗn hợp nguyên liệu
nạp cho hệ thống từ 6-7 sẽ tạo ra môi trường tốt nhất để phân hủy yếm khí, pH tối
ưu cho quá trình thủy phân và acid là 5,5-6,5. Độ kiềm là một yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình phân hủy yếm khí. Độ kiềm nên được duy trì ở khoảng 1500-5000 mg/L.
2.5.5 Hàm lượng chất khô
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) cho rằng quá trình phân hủy thích hợp khi môi
trường có trọng lượng khô thích hợp. Theo Nguyễn Văn Thu (2010) nghiên cứu

năng suất sinh khí metan sinh ra tại thời điểm 80 ngày thì tương đương báo cáo của
Mahnert (2005) là 0,20-0,35m3/ kg ODMphân hủy.
Năng suất sinh gas và nồng độ metan chứa trong phân heo tại thời điểm 10-20 ngày
cuối với nhiệt độ 300C tương ứng là 0,34-0,55 m3/kg ODMphân hủy và 65-75%
(Nguyễn Văn Thu, 2010 trích từ Kossmann, 2007).
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

17

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Năng suất sinh khí metan trong thí nghiệm thì tương đương nghiên cứu của
Sonkasiri (2004) từ phân heo của Thái Lan là 0,217 m3/kg ODMphân hủy.
2.5.6 Khuấy trộn
Theo Lê Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân (2015) cho rằng điều kiện cho các
vi sinh vật tiếp xúc với các chất hữu cơ làm tăng nhanh quá trình sinh khí và giảm
thiểu sự lắng đọng các chất rắn xuống đáy hầm và tạo bọt và váng trên hầm ủ.
2.5.7 Tiền xử lý
Sự có mặt của lignin trong sinh khối hemicellulose sẽ bảo vệ sinh khối sẽ chống lại
một vài quá trình sinh học và hóa học như nấm, vi khuẩn và enzyme. Chuyển đổi

sinh khối khí sinh học cần phải phân cắt lignin và hemicellulose thành các đường đa
phân tử, sau đó vi sinh vật có thể sử dụng chuyển hóa thành năng lượng sinh học
(Chandraa et al, 2012).

Sợi cellulose

Sinh khối
Lignocellulosic

Hình 2.4 Quy trình tiền xử lý sinh khối Lignocellulose (Chandraa et al ,2012)
Tiền xử lý có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau lý học, hóa học và
sinh học hoặc kết hợp giữa các phương pháp với nhau (Trần Sỹ Nam, 2014).
2.5.8 Các nguyên tố vi lượng

Sự ức chế gây bởi H2S phân tử có mặt trong pha lỏng chứ không phải do hàm lượng
Sunlfide (S-2) tổng. Nồng độ H2S không bị phân ly này phụ thuộc vào nồng độ
sulphate có trong nước thải, pH và cường độ ion. Nồng độ H2S phân tử trong pha
lỏng bị thay đổi lớn trong khoảng pH mà đã áp dụng để phân hủy yếm khí, nằm
giữa khoảng 6.6 và 7.4 (Lê Phi Nga và ctv, 2014).

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

18

SVTH:
Thạch Hải
B1205046

Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Bảng 2.5 Ngưỡng ức chế của các chất khác nhau
Các chất ức chế

Nồng độ các chất ức chế

SO42+

5000 ppm

NaCl

40000 ppm

NO3-

0.05 nig/mL

Cu2+

100 mg/L

Cr3+

200 mg/mL

3+

Ni

200 – 500 mg/mL

Na+

3500 – 5500 mg/mL

K+

2500 – 4500 mg/mL

Ca2+

2500 – 4500 mg/mL

2+

1000 – 1500 mg/mL

Mg

Mn2+
> 1500 mg/mL
(The biog technology in China, 1989 trích dẫn FAO,1996)
Bảng 2.6 Nồng độ kích thích và ức chế của các cation kiềm và kiềm thổ
Nồng độ mg/L

Cation
Thích hợp

Vừa

Mạnh

Na+

100 -200

3500 – 5500

8000

K+

200 – 400

2500 – 4500

12000

100 – 200

2500 – 4500

8000

1000 – 1500

3000

Ca

2+

Mg
75 – 150
(National acdemy of sciences,1997)
2.6 Các kiểu nạp nguyên liệu
2.6.1 Nạp theo mẻ

Theo Nguyễn Quang Khải (2002) cho rằng toàn bộ nguyên liệu nạp một lần sau thời
gian phân hủy lấy toàn nguyên liệu phân hủy ra và nạp nguyên liệu khác vào. Thời
gian mỗi mẻ từ 3-5 hoặc 6 tháng.
Theo Huỳnh Văn Thảo (2014) cho rằng toàn bộ nguyên liệu được nạp vào trong
hầm ủ 1 lần, cho thêm chất mồi đậy kính lại và quá trình sinh khí sẽ diễn ra trong
một thời gian dài cho tới khi nào lượng khí sinh ra giảm thấp tới một mức độ nào
đó. Sau đó, toàn bộ chất thải thải của hầm ủ được lấy ra chỉ chừa lại 10 – 20% để
làm chất mồi, nguyên liệu mới lại được nạp đầy cho hầm ủ và quá trình ủ tiếp tục.
Theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ thì lượng khí sinh ra hằng ngày không ổn
định nó thường cao trong giai đoạn đầu và giảm dần đến cuối chu kì. Thông thường
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

19

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

nguyên liệu để áp dụng cho phương pháp này chủ yếu là nguyên liệu thực vật vì
chúng phân hủy theo thời gian dài 3 – 5 tháng.
2.6.2 Nạp liên tục
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) cho rằng nguyên liệu được nạp vào thường xuyên
và các nguyên liệu phân hủy được lấy ra nhường chỗ cho nguyên liệu mới vào.
Nguyên liệu và lấy chất thải của hầm ủ ra sẽ được tiến hành một cách liên tục.
Lượng nguyên liệu nạp được giữ ổn định bằng cách cho chảy vào hầm ủ. Phương
pháp này thường dùng để xử lý các loại nước thải có hàm lượng chất rắn thấp
(Huỳnh Văn Thảo, 2014).
Chất mồi trong phương pháp ủ yếm khí liên tục thường là chất thải được lấy từ hầm
ủ hặc phân gia súc (trong trường hợp nguyên liệu nạp không phải là phân người hay
phân gia súc) và hầm ủ sẽ hoạt động ổn định sau 20 – 30 ngày kể từ luc bắt đầu vận
hành (phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ, nguyên liệu và lượng chất mồi).
2.6.3 Nạp bán liên tục
Theo Nguyễn Quang Khải (2002) nguyên liệu thực vật nạp theo mẻ còn phân người
và động vật được nạp vào hằng ngày.
Nguyên liệu nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2 lần/ngày và trong thời gian này một lượng
chất thải của hầm ủ sẽ được lấy ra. Phương pháp ủ này thích hợp khi có nguồn
nguyên liệu thường xuyên và liên tục. Thể tích của hầm ủ phải thì tổng thể tích khí
sản xuất được trên một đơn vị thời gian (Huỳnh Văn Thảo, 2014).

2.7 Sơ lược về phân bò
2.7.1 Thực trạng chăn nuôi bò ở ĐBSCL
Theo Tổng Cục Thống kê (2013) đã cho thấy trong cả nước gần khoảng 5156 nghìn
con . Trong đó, riêng ở ĐBSCL gần khoảng 643,9 nghìn con chiếm (12,5%). Tình
hình nuôi bò đang có xu hướng tăng trở lại, theo thống kê gần đây tháng 2/2015
ước tính đàn bò trong tháng tăng khoảng 1,5% so với cùng kỳ năm 2014. Song song
đó, một lượng chất thải cần phải xử lý trước khi thải ra môi trường.

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

20

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

2.7.2 Khả năng sinh khí của phân bò
Bảng 2.6 Năng suất sinh khí của một số loại phân động vật
Nguồn
Nguyên liệu

Trương Minh Châu

và Võ Văn Đủ, 2014

FAO, 1996

Fabien
Monnet, 2003

Phân bò (m3/kg VS)

0,023 - 0,040

0,02 – 0,3

0,196

Phân heo (m3/kg VS)

0,04 – 0,059

0,25 – 0,5

-

Phân gà (m3/kg VS)

0,065 - 0,116

0,35 - 0,6

-

0,02 – 0,028

-

-

Phân người (m3/kg
VS)
2.7 Bèo tai tượng
2.7.1 Nguồn gốc

Bèo tai tượng hay còn gọi là bèo ván không có nguồn gốc xác định và phân bố khắp
nơi trên thế giới. Tuy nhiên, có ý kiến chung cho rằng nó bắt nguồn từ Châu Mỹ và
Châu Phi. Bèo tai tượng được tìm thấy lần đầu tiên ở nước Úc năm 1946, mặc dù
ngày nay nó được tìm thấy với số lượng lớn ở những vùng nhiệt đới trên thế giới
(Thái Hồng Cúc, 2013).
2.7.2 Đặc điểm sinh trưởng
Để cho bèo tai tượng tồn tại và phát triển thì môi trường sống phải có nước và khí
hậu ôn hòa…Tuy nhiên, nó có thể tồn ở vùng đầm lầy. Bèo tai tượng không chịu
được nhiệt độ quá lạnh, nhiệt độ tối thiểu cho bèo tồn tại là 150C và nhiệt độ tối đa
là 350C. Vùng nhiệt độ tối ưu để bèo tai tượng phát triển là 22-300C (Thái Hồng
Cúc, 2013 trích dẫn Lương Nhã Ca, 2005). Bèo tai tượng là loài thủy sinh thực vật
sống trôi nổi phân bố rộng ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, loài thực vật này rất
phổ biến trong các ao hồ, kênh rạch. Ấn Độ người ta sử dụng bèo như rau xanh (Lê
Hoàng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015).
Theo Nguyễn Trúc Linh và ctv (2014) cho rằng bèo tai tượng nuôi trong nước thải
sinh hoạt đô thị khối lượng của bèo tai tượng tăng 310,26g trong 30 ngày và sự gia
tăng diện tích khoang khí/ diện tích lát cắt trong rể 5,8% sau 15 ngày.

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

21

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

2.7.3 Thành phần hóa học trong bèo tai tượng
Bảng 2.6 Tỉ lệ phần trăm thành phần hóa học của bèo tai tượng
Thành phần hóa học

Phần trăm thể tích (%)

Nước
Chất khô
Chất hữu cơ
Protid thô
Chất béo thô
Cellulose
Chất không chứa nitogen
Phosphor

Tro
Canxi
(Thái Hồng Cúc, 2013)

93,13
6,87
5,09
0,63
0,293
1,24
2,93
0,185
1,78
1,80

Bảng 2.7 Thành phần của bèo tai tượng
Thành phần

Phần trăm thể tích (%)

Nước

92,93

Protein

1.4

Chất béo

0.3

Carbohydrat

2.6

Chất xơ thô

0.9

Chất khoáng (K và P)
1.9
(Khare, 2005 trích Muhammad Azim Khan et al., 2014)
2.7.4 Các nghiên cứu trong nước
Bùi Huy Thông (2012) cho tiến hành thí nghiệm trong túi ủ: 0,5 m x 5 m, túi ủ hoạt
động trong 30 ngày, lặp lại thí nghiêm 3 lần ta có bảng như sau:
Bảng 2.8 Tổng lượng khí sinh ra trong thí nghiệm
Thí nghiệm
Túi ủ
lần 1
Phân heo
3409,6 L
Phân heo trộn bèo tai tượng
2228,7 L
(1,5kg phân heo tươi + 8,5kg bèo tai
tượng tươi)
(Bùi Huy Thông, 2012)
CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane

Th.S. Nguyễn Lệ Phương

22

Thí
nghiệm
lần 1
6521,3 L
3659,2 L

Thí nghiệm
lần 1
7362,3 L
3418,5 L

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

Theo Bùi Huy Thông (2012) nghiên cứu cho thấy bèo tai tượng là vật liệu địa
phương có thể thay thế phân heo khi lượng phân heo chưa đáp ứng kịp.
Theo Thái Hồng Cúc (2013) thí nghiệm cho thấy thành phần khí metan chiếm tỉ lệ
cao nhất trong hai lần lặp lại của hai nghiệm thức sử dụng phân heo và bèo tai
tượng, nghiệm thức sử dụng phân heo dao động khoảng 56,6 -58,1%, chênh lệch
1,5%. Nghiệm thức sử dụng bèo tai tượng trong khoảng dao động 52,7-54,1%,

chênh lệch 1,4%. Bèo tai tượng là nguyên liệu có thể áp dụng cho quá trình sản xuất
khí biogas đối với những nông hộ không có số phân không cung cấp đủ cho túi ủ và
cũng có thể áp dụng đối với hộ không chăn nuôi.
Theo Nguyễn Thị Như Ngọc và ctv. (2013) cho thấy trung bình tổng lượng khí sinh
ra nghiệm thức đối chứng 5764±2082 L, phân heo với bèo tai tượng 3102±766 L
nghiệm thức phân heo với lục bình 3358±1293 L.
Theo Nguyễn Thị Như Ngọc và ctv. (2013) kết quả thí nghiệm cho thấy đo khí CH4
và CO2 chiếm tỉ lệ cao trong hỗn hợp khí và có khuynh hướng gia tăng qua các
ngày thu mẫu ở hầu hết 3 nghiệm thức. Ngược lại các khí khác (H 2S, NH3….) có
khuynh hướng giảm theo thời gian. Trung bình khí CH4 dao động ở các nghiệm
thức là 39-50%, CO2 là 34-39%; các khí khác 16-21%.
Bảng 2.9 Thành phần các khí sinh học ở ba nghiệm thức trong thí nghiệm
Nghiệm thức

CH4

CO2

Khác

Phân heo (%)
Phân heo với bèo tai tượng
(%)

50±3

34±3

16±6

46±4

35±4

19±9

37±5

20±7

Phân heo với lục bình (%)
43±2
(Nguyễn Thị Như Ngọc và ctv, 2013)

Theo Nguyễn Thị Như Ngọc và ctv (2013) cho thấy sử dụng bèo tai tượng là nguồn
vật liệu sẵn có và dễ tìm thay thế một phần phân heo giúp duy trì hoạt động túi ủ
biogas khi phân heo không đủ để cung cấp. Đồng thời một nhóm biogas nghiên cứu
trước đây của Trương Minh Châu và Võ Văn Đủ (2014) nghiên cứu trước đây cho
thấy năng sinh khí của các nghiệm thức phối trộn đều cao hơn phân bò. Nghiệm
thức 100% phân bò 195,572L biogas/kgVS, 100% bèo tai tượng 570,455
Lbiogas/KgVS, 75%phân bò + 25 %bèo tai tượng 225,13 Lbiogas/kgVS, 50%phân
bò +50%bèo tai tượng 268,4 Lbiogas/kgVS.
Theo Lâm Thành Ải và Nguyễn Thị Diễm Trang (2014) thí nghiệm cho thấy năng
suất sinh khí của 100%phân bò là (195,602 L/kg VSphân hủy), 50%phân bò + 50%bèo
tai tượng TXL 2 ngày (360,443L/kg VSphân hủy), 50%phân bò + 50%bèo tai tượng
TXL 5 ngày là (328,468 L/kg VSphân hủy) L/kg VSphân hủy , 50%phân bò + 50%bèo tai
tượng TXL 8 ngày (327,259 L/kg VSphân hủy).
Theo Nguyễn Thị Ngọc Huyền và Nguyễn Thị Như Huỳnh (2014) cho rằng năng
suất sinh khí của 100%phân bò là (195,6±55,34) L/kg VS, còn 50%phân bò
CBHD:

PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

23

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

+50%bèo tai tượng, để nguyên (328,47±61,081) L/kgVS cho năng suất sinh khí cao
nhất, khác biệt với mức ý nghĩa 5% đối với nghiệm thức 100%phân bò.
2.8 Nghiên cứu ngoài nước
Các thí nghiệm sử dụng hỗn hợp phân chuồng và nước bèo tai tượng với tỉ lệ:
12.5%, 16.6%, 25%, 50% của bèo tai tượng. thì sản lượng khí sinh học tốt nhất với
tỉ lệ là 50% nước bèo tai tượng là 0.62 m3/(m3.d) với metan chiếm 76.8% và thời
gian tồn lưu là 15 ngày ở nhiệt độ không đổi 35o C (Zennaki et al., 1996).

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

24

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061


Đánh giá khả năng sinh khí khí sinh học của phân bò phối trộn với bèo tai tượng trong mẻ
ủ yếm khí bán liên tục

CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN THỰC HIỆN
3.1 Phương pháp nghiên cứu
3.1.1 Nguyên vật liệu thí nghiệm
- Giai đoạn chuẩn bị:
+Bèo tai tượng thu gom ao, hồ tại Phường Long Hòa, Quận Bình Thủy, TP. Cần
Thơ phơi khô trong mát ở nhiệt độ 26±40C cho đến khi khối lượng không đổi.
+Tiến hành tiền xử lý bèo tai tượng trong 2 ngày với nước thải hầm ủ Biogas.
+Phân bò được phơi khô trong mát ở nhiệt độ 26±40C trong một tuần, sau đó nghiền
nát và trộn lẫn với nhau thành mẫu đồng nhất.
+Nước tiền xử lý được lấy từ nước thải hầm ủ biogas tại Phường Long Hòa, Quận
Bình Thủy, TP. Cần Thơ, từ nước thải hầm ủ biogas nguyên liệu là phân bò.
+Phân tích các chỉ tiêu đầu vào.
3.1.2 Bố trí thí nghiệm
Các nghiệm thức được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên tại Khoa Môi Trường Và Tài
Nguyên Thiên Nhiên với 8 nghiệm thức khác nhau. Mỗi nghiệm thức được lặp lại 3
lần. Thời gian thí nghiệm được tiến hành 105 ngày (ngày 17/7 đến 31/10/2015).
 Nghiệm thức 1: 100%phân bò 1 cấp
 Nghiệm thức 2 : 100%phân bò 2 cấp
 Nghiệm thức 3: 50%phân bò + 50%bèo tai tượng 1 cấp
 Nghiệm thức 4: 50%phân bò +50%bèo tai tượng 2 cấp
 Nghiệm thức 5: 100%bèo tai tượng 1 cấp

 Nghiệm thức 6: 100%bèo tai tượng 2 cấp
 Nghiệm thức 7: Nước thải hầm ủ biogas phân bò 1 cấp
 Nghiệm thức 8: Nước thải hầm ủ biogas phân bò 2 cấp
3.1.3 Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm ủ yếm khí bán liên tục được tiến hành trên bình 21L. Đầu vào
và đầu ra được thiết kế bằng ống nhựa có đường kính 60mm. Ở mô hình ủ 2 cấp, 2
thùng 21 L được nối với nhau bằng ống nhựa chữ T (đường kính 60mm).

CBHD:
PGS.TS. Nguyễn Võ Châu Ngân
TS. Kim Lavane
Th.S. Nguyễn Lệ Phương

25

SVTH:
Thạch Hải
B1205046
Nguyễn Văn Liêm B1205061