Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình (Tóm tắt LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc
Mã ngành: 62440303

TRẦN SỸ NAM

NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
TỪ RƠM VÀ LỤC BÌNH

Cần Thơ, 2016


CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Hữu Chiếm
Người hướng dẫn phụ: Prof. Dr. Kjeld Ingvorsen

Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường
Họp tại:
Vào lúc ….. giờ ….. ngày ….. tháng ….. năm …..

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:


CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ

Trần Sỹ Nam, Nguyễn Thị Huỳnh Như, Nguyễn Hữu Chiếm, Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê
Hoàng Việt và Kjeld Ingvorsen, 2014. Ước tính lượng và các biện pháp xử lý rơm rạ ở
một số tỉnh Đồng bằng sơng Cửu Long. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ
phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường, số 32. 87-93.
Trần Sỹ Nam, Nguyễn Phương Chi và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2014. Khảo sát sinh trưởng
của cây lục bình (Eichhornia crassipes) trên các thủy vực khác nhau. Vai trị Khoa học –
Cơng Nghệ trong sự phát triển kinh tế - xã hội. NXB Nông nghiệp. 15-20. ISBN 978604-60-1858-2
Trần Sỹ Nam, Võ Thị Vịnh, Nguyễn Hữu Chiếm, Nguyễn Võ Châu Ngân, Lê Hoàng Việt
và Kjeld Ingvorsen, 2014. Sử dụng rơm làm nguyên liệu bổ sung nâng cao năng suất sản
xuất khí sinh học. Tạp chí Nơng nghiệp và Phát triển Nông thôn - Bộ nông nghiệp và
phát triển nông thôn số 15. 65-73.
Trần Sỹ Nam, Nguyễn Phương Chi, Nguyễn Hữu Chiếm, Lê Hoàng Việt, Nguyễn Võ Châu
Ngân và Kjeld Ingvorsen, 2015. Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý sinh học lục
bình (Eichhornia crassipes) lên khả năng sinh khí biogas trong ủ yếm khí theo mẻ có
phối trộn phân heo. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ Số chuyên đề: Môi
trường và Biến đổi khí hậu (2015)102-110.
Tran Sy Nam, Huynh Cong Khanh, Huynh Van Thao, Nguyen Vo Chau Ngan, Le Hoang
Viet, Nguyen Huu Chiem and Kjeld Ingvorsen, 2015. Biogas production from rice straw
and water hyacinth – the effect of mixing in semi-continuous reactors. Journal of
Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, Vol 53(3A):
217-222.
Tran Sy Nam, Huynh Van Thao, Huynh Cong Khanh, Nguyen Vo Chau Ngan, Le Hoang
Viet, Nguyen Huu Chiem and Kjeld Ingvorsen, 2015. The components of volatile fatty
acids in semi- continuous anaerobic co-digestion of rice straw and water hyacinth and
pig manure. Journal of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and
Technology, Vol 53 (3A): 229-234
Trần Sỹ Nam, Huỳnh Văn Thảo, Huỳnh Công Khánh, Nguyễn Võ Châu Ngân, Nguyễn
Hữu Chiếm, Lê Hoàng Việt và Kjeld Ingvorsen, 2015. Đánh giá khả năng sử dụng rơm
và lục bình trong ủ yếm khí bán liên tục – ứng dụng trên túi ủ biogas polyethylene với
quy mơ nơng hộ. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ phần A: Khoa học Tự

nhiên, Công nghệ và Môi trường, số 36. 27-35.
Nguyen Vo Chau Ngan, Tran Sy Nam, Nguyen Huu Chiem, Le Hoang Viet and Kjeld
Ingvorsen, 2015. Effects of C/N rations on anaerobic co-digestion of pig manure and
local biomass in the Mekong delta. Journal of Science and Technology, Vietnam
Academy of Science and Technology, Vol 53(3A): 223-228.
Nguyen Vo Chau Ngan, Tran Sy Nam, Nguyen Huu Chiem, Le Hoang Viet, Nguyen Thi
Thuy, Kjeld Ingvorsen, 2015. Paddy straw application for energy production to reduce
in situ straw burning in the Mekong delta of Vietnam. In International conference on
Solid Wastes 2015: Knowledge transfer for Sustainable resource management in at Hong
Kong Baptist University, Hong Kong SAR, P.R. China, ISBN 978-988-19988-9-7.


Chƣơng 1: MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của luận án
Rơm và lục bình là hai nguồn sinh khối phổ biến và có tiềm năng ở đồng
bằng sơng Cửu Long nhưng không được sử dụng hiệu quả. Phần lớn rơm được loại
bỏ khỏi đồng ruộng bằng cách đốt bỏ, cày vùi hoặc được sử dụng để ủ phân. Lục
bình phát triển nhanh, dày đặc trên sông, hồ và các kênh rạch; gây hại đời sống
thủy sinh, cản trở giao thông đường thủy và nuôi trồng thủy sản. Đây là nguồn sinh
khối tiềm năng để tạo khí sinh học và tăng cường khả năng sản xuất năng lượng
phi tập trung ở các cộng đồng nơng thơn, nơi có nhiều túi ủ khí sinh học qui mô
nhỏ đã đi vào hoạt động nhưng kém hiệu quả do sự thiếu hụt về phân gia súc.
Trong các giai đoạn tái đàn gia súc hoặc dịch bệnh xuất hiện thì sự thiếu hụt của
phân gia súc là một trong những hạn chế chính của việc phát triển biogas ở đồng
bằng sơng Cửu Long. Trong khi đó, như đã trình bày ở trên, rơm và lục bình là hai
nguồn sinh khối phổ biến và có tiềm năng ở đồng bằng sông Cửu Long nhưng
không được sử dụng hiệu quả. Sự bổ sung rơm và lục bình đặc biệt thích hợp để
tăng cường khả năng sản xuất năng lượng phi tập trung ở các cộng đồng nông thôn,
nơi có nhiều túi ủ khí sinh học qui mơ nhỏ đã đi vào hoạt động nhưng kém hiệu
quả do sự thiếu hụt về phân gia súc. Do vậy, luận án đã được thực hiện với mong

muốn tìm ra phương pháp đơn giản, có khả năng áp dụng ở điều kiện nơng hộ để
chuyển đổi rơm và lục bình thành khí sinh học ở đồng bằng sông Cửu Long.
1.2. Mục tiêu luận án
-

Xác định lượng rơm dư thừa ở đồng bằng sông Cửu Long nhằm làm cơ sở
nghiên cứu sử dụng lượng rơm này cho sản xuất khí sinh học;

-

Xác định khả năng tăng trưởng của lục bình và tiềm năng sử dụng nguồn sinh
khối này bổ sung cho sản xuất khí sinh học ở nơng hộ;

-

Tìm (i) phương pháp tiền xử lý sinh học đơn giản, (ii) kích cỡ của nguyên liệu
nạp, (iii) tỷ lệ phối trộn rơm/lục bình với phân heo phù hợp để tạo khí sinh
học từ rơm và lục bình trong điều kiện in vitro;

-

Thử nghiệm sử dụng rơm và lục bình để sản xuất khí sinh học trên mơ hình
túi ủ polyethylene (PE) ở quy mơ nông hộ trong điều kiện in vivo.

1.3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu chỉ khảo sát lượng rơm và các biện pháp xử lý sau thu hoạch ở
hai vụ lúa Đông Xuân và Thu Đông ở 04 tỉnh An Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang
và Cần Thơ. Nghiên cứu chỉ tập trung đánh giá ảnh hưởng của các biện pháp tiền
xử lý sinh học đơn giản, kích cỡ nguyên liệu nạp, tỷ lệ phối trộn của rơm/lục bình
-1-

với phân heo theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ và ủ yếm khí bán liên tục trong
điều kiện in vitro; thử nghiệm ứng dụng trên ủ biogas polyethylene (PE) ở nơng hộ
trong điều kiện in vivo.
1.4 Những đóng góp mới của luận án
-

Đã xác định được tiền xử lý bằng nước thải sau biogas và bằng nước bùn đáy
ao là phương pháp tiền xử lý đơn giản có thể được ứng dụng trong tiền xử lý
rơm và lục bình giúp đẩy nhanh q trình sinh khí và sản lượng khí sinh học
trong điều kiện in vitro.

-

Nghiên cứu cho thấy kích cỡ của rơm và lục bình từ khơng cắt giảm đến 1cm
không ảnh hưởng lớn đến khả năng sinh khí của vật liệu trong điều kiện in vitro.

-

Đã xác định được tỷ lệ phối trộn 50% - 60% rơm với 50% phân heo có tổng
lượng khí tích dồn cao hơn các tỷ lệ phối trộn khác. Đối với lục bình thì tỷ lệ
phối trộn này là 40% - 60% trong điều kiện in vitro.

-

Nghiên cứu cho thấy sử dụng rơm và lục bình làm nguyên liệu nạp bổ sung
với tỷ lệ 50% (tính theo VS) ở quy mơ nông hộ trên túi ủ polyethylene không
ảnh hưởng đến khả năng sinh khí, hiệu suất của túi so với túi ủ truyền thống
nạp hoàn toàn bằng phân heo.

1.5 Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng rơm và lục bình để sản xuất khí
sinh học trên mơ hình túi ủ polyethylene (PE) trong điều kiện thiếu hụt nguồn
nguyên liệu nạp. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng được trong điều kiện thực tế
giúp mô hình khí sinh học được duy trì ổn định và tận dụng các nguồn sinh khối
để tạo ra nguồn năng lượng sạch (biogas).

-2-


Chƣơng 2: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội dung nghiên cứu
- Phỏng vấn nông hộ trồng lúa về lượng dư thừa rơm, các biện pháp xử lý rơm
và thu mẫu rơm, lúa ước tính lượng rơm phát sinh;
- Bố trí thí nghiệm theo dõi sự tăng trưởng của lục bình ở các thủy vực phổ
biến ở nơng hộ;
- Bố trí thí nghiệm theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ trong điều kiện in
vitro để xác định ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý, kích cỡ của rơm và
lục bình, tỷ lệ phối trộn lên hiệu suất sinh khí và chất lượng khí sinh học;
- Thực hiện thí nghiệm đánh giá khả năng sản xuất khí sinh học của rơm và lục
bình theo phương pháp nạp bán liên tục trong điều kiện in vitro;
- Đánh giá khả năng sử dụng rơm và lục bình trong ủ yếm khí bán liên tục – thử
nghiệm trên túi ủ biogas polyethylene (PE) ở nông hộ trong điều kiện in vivo.
2.2 Phƣơng pháp thực hiện
2.2.1. Khảo sát lƣợng dƣ thừa rơm và các biện pháp xử lý rơm phổ biến ở
đồng bằng sông Cửu Long:
Phỏng vấn 400 hộ trồng lúa tại An Giang, Kiên Giang, Đồng Tháp và
thành phố Cần Thơ bằng phiếu phỏng vấn soạn sẵn. Thu mẫu xác định tỷ lệ rơm
lúa được thực hiện ở 4 tỉnh/thành phố, mỗi địa điểm tiến hành thu 25 mẫu rơm, hạt

(rơm trong nghiên cứu này là phần sinh khối của cây lúa từ gốc trở lên, không bao
gồm phần rễ). Sau khi xác định trọng lượng tươi, toàn bộ mẫu được đưa về phịng thí
nghiệm Khoa Mơi trường và Tài ngun Thiên nhiên để xác định trọng lượng khô.
2.2.2 Khảo sát sự phát triển của lục bình ở các thủy vực khác nhau
Thí nghiệm khảo sát sự tăng trưởng của lục bình được thực hiện trên
bốn thủy vực khác nhau gồm sông, kênh dẫn nước, ao nuôi cá và mương vườn tại
ấp Mỹ Phụng, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ. Mỗi
thủy vực bố trí 3 ơ thí nghiệm với diện tích 2m x 2m, mỗi ơ bố trí 10 cây lục
bình. Trọng lượng tươi của lục bình được xác định theo chu kỳ 7 ngày/lần và thu
liên tục trong 6 tuần. Sau khi kết thúc thí nghiệm lục bình được thu mẫu để xác
định trọng lượng khơ.

-3-


2.2.3 Xác định ảnh hƣởng của phƣơng pháp tiền xử lý và kích cỡ của rơm và
lục bình lên hiệu suất sinh khí và chất lƣợng khí sinh học
a) Xác định ảnh hưởng của phương pháp tiền xử lý rơm và lục bình
Dựa vào điều kiện thực tế tại các nông hộ vùng đồng bằng sông Cửu Long,
nghiên cứu đã chọn 04 loại nước để tiền xử lý vật liệu gồm nước máy (1); nước
thải biogas (2); nước bùn đáy ao (3) và nước ao (4). Đây là các nguồn nước sẵn có
trong điều kiện nơng hộ và có thể được sử dụng để tiền xử lý vật liệu nhằm đẩy
nhanh quá trình thủy phân đồng thời bổ sung nguồn vi sinh vật ban đầu cho quá
trình phân hủy yếm khí.
Thí nghiệm được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 9 nghiệm thức, mỗi nghiệm
thức được bố trí 5 lần lặp lại với tỷ lệ phối trộn rơm với phân heo và lục bình với
phân heo là 50:50 (%), với kích cỡ vật liệu nạp là 10 cm. Thí nghiệm được thực hiện
theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ với thể tích ủ là 17 L. Nguyên liệu nạp cho mỗi
bình ủ được tính tốn dựa trên hàm lượng chất rắn bay hơi (VS), tỷ lệ nguyên liệu
nạp được tính tốn cho thí nghiệm là 1g VS.L-1.ngày-1.

b) Xác định ảnh hưởng của các kích cỡ rơm và lục bình
Thí nghiệm được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên trong điều kiện phịng thí
nghiệm với 9 nghiệm thức mỗi nghiệm thức được lặp lại 5 lần với 3 loại vật liệu
bao gồm rơm (gồm 4 kích thước 1 cm, 10 cm, 20 cm và khơng cắt), lục bình (gồm
4 kích thước 1 cm, 10 cm, 20 cm và không cắt) và phân heo. Thí nghiệm được bố
trí hồn tồn ngẫu nhiên trong bình ủ 21 lít. Rơm và lục bình được phối trộn với
phân heo theo tỷ lệ 50:50 (%VS) theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ. Lượng khí
sinh ra hàng ngày của mỗi mẻ ủ được trữ trong túi nhơm để xác định tổng thể tích
khí và nồng độ khí CH4.
2.2.4 Xác định ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn của phân heo, rơm và lục bình
lên hiệu suất sinh khí biogas và chất lƣợng biogas
Thí nghiệm được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 13 nghiệm thức ở các tỷ lệ
nạp nguyên liệu rơm và lục bình phối trộn với phân heo khác nhau. Nguyên liệu
nạp được tính toán trên cơ sở VS cho 45 ngày nạp, lượng VS chứa trong mỗi bình
là 765 g VS và theo dõi liên tục trong 60 ngày. Trước khi tiến hành ủ yếm khí, rơm
và lục bình được tiền xử lý bằng nước thải biogas trong 5 ngày, mỗi ngày nguyên
liệu được trộn đều. Các yếu tố môi trường trong mẻ ủ gồm pH, nhiệt độ và thế oxy
hóa khử được đo trực tiếp trong các bình ủ vào mỗi ngày. Tổng thể tích khí và
thành phần khí sinh học được tiến hành đo đạc và ghi nhận hàng ngày.

-4-


2.2.5 Đánh giá khả năng sản xuất khí sinh học của rơm và lục bình trong thí
nghiệm ủ theo phƣơng pháp bán liên tục
Thí nghiệm được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 10 nghiệm thức rơm phối
trộn với phân heo (100%; 50% + 50%), lục bình phối trộn phân heo (100%; 50% +
50%) và 100% PH khuấy trộn và không khuấy trộn. Mỗi nghiệm thức được lặp lại
3 lần trên bộ ủ yếm khí bán liên tục với thể tích ủ là 50 L. Ngun liệu nạp được
tính tốn trên cơ sở VS với 1 gVS.m-3.ngày-1, lượng VS nạp vào hệ thống mỗi ngày

là 50 g, với thời gian lưu tồn 30 ngày. Khuấy trộn được thực hiện 1 lần trong ngày
với thời gian khuấy trộn 1 phút. Rơm và lục bình được tiền xử lý trước 5 ngày
trong nước thải biogas trước khi nạp vào trong hệ thống. Các yếu tố môi trường
trong mẻ ủ gồm pH, nhiệt độ và thế oxy hóa khử được đo đạc hàng ngày. Hàm
lượng a-xít béo bay hơi (VFAs) được thu và đo đạc theo chu kỳ 5 ngày/lần. Tổng
thể tích khí và thành phần khí sinh học được tiến hành đo đạc mỗi ngày.
2.2.6 Đánh giá khả năng sử dụng rơm và lục bình trong ủ yếm khí bán liên tục
- ứng dụng trên túi ủ biogas polyethylene với quy mô nơng hộ
Nghiên cứu được bố trí hồn tồn ngẫu nhiên với 5 nghiệm thức trong túi
nhựa PE - là một trong những túi biogas phổ biến ở đồng bằng sông Cửu Long, với
đường kính 0,86 m, chiều dài 10 m. Ngun liệu nạp được tính tốn trên cơ sở VS
với 1 kgVS.m-3.ngày-1, hàng ngày lượng VS nạp vào trong hệ thống là 4,24 kg.
Thời gian lưu nước cho hệ thống là 30 ngày. Nguyên liệu được tiền xử lý bằng
nước thải sau túi ủ biogas trong 5 ngày trước khi tiến hành ủ yếm khí. pH của mỗi
túi ủ được đo đạc hàng ngày tại đầu vào và đầu ra của hệ thống. Hàm lượng VFAs
được thu ở đầu vào và đầu ra của hệ thống theo chu kỳ 2 ngày/lần. Thể tích khí
sinh ra và thành phần khí được đo đạc theo chu kỳ 2 ngày/lần.

-5-


Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Ƣớc tính lƣợng rơm dƣ thừa và một số biện pháp xử lý rơm ở đồng bằng
sông Cửu Long
Kết quả khảo sát được trình bày ở Bảng 3.1 cho thấy có 6 biện pháp xử lý
rơm được người dân lựa chọn là: đốt rơm trên đồng, vùi trong đất, trồng nấm, bán,
chăn nuôi và cho rơm. Ở vụ Đơng Xn có 4 hình thức xử lý rơm là đốt rơm, trồng
nấm, bán và cho rơm. Trong đó, có 98,23% số hộ khảo sát là đốt rơm sau thu hoạch,
0,99% là trồng nấm, 0,73% hộ bán rơm và 0,06% hộ là cho rơm. Kết quả nghiên cứu
cho thấy đốt rơm là biện pháp được sử dụng phổ biến nhất ở vụ Đông Xuân.

Bảng 3.1: Các hình thức xử lý rơm phổ biến qua các mùa vụ
Đơng xn
Hè Thu
Hình thức
Diện tích
Tỷ lệ
Diện tích
Tỷ lệ
xử lý
(ha)
(%)
(ha)
(%)
Bán
6,24
0,73
10,92
1,27
Đốt
842,31
98,23
768,98
89,67
Trồng nấm
8,45
0,99
10,79
1,26
Vùi trên ruộng
57,01

6,65
Cho
0,52
0,06
9,69
1,13
Chăn ni
0,13
0,02
Bỏ trên ruộng
-

Thu Đơng
Diện tích
Tỷ lệ
(ha)
(%)
25,03
2,92
463,89
54,1
69,81
8,14
223,78
26,1
14,11
1,65
3,12
0,36
57,78

6,74

Kết quả ước tính lượng rơm dư thừa trên đồng ruộng cần phải xử lý ở đồng
bằng sông Cửu Long năm 2011 vào khoảng 26,23 triệu tấn/năm, trong đó khoảng
20,9 triệu tấn/năm là người dân đốt. Kết quả điều tra cho thấy đa số nơng dân đều
có khuynh hướng giữ ngun tập quán đốt rơm trong những năm tiếp theo.
Bảng 3.2: Sản lượng lúa và ước tính lượng rơm phát sinh
Vụ Thu Đông
Vụ Đông Xuân
Địa điểm
Sản lượng
Lượng
Sản lượng
Lượng
lúa*
rơm
lúa*
rơm
Kiên Giang
Đồng Tháp
Cần Thơ
An Giang
ĐBSCL

0,20
0,02
1,62

0,20
0,03

1,88

1,99
1,48
0,64
1,77
10,48

1,96
1,36
0,82
2,26
11,70

Năm 2011
Sản lượng
Lượng
lúa*
rơm
3,94
3,10
1,29
3,84
23,19

3,94
2,86
1,68
4,78
26,23

Ghi chú: Đơn vị tính: triệu tấn; (*) Sản lượng lúa dựa theo Tổng cục Thống kê.

Bên cạnh lượng rơm dư thừa ở đồng bằng sơng Cửu Long thì lục bình là một
nguồn sinh khối dồi dào. Nếu rơm chỉ có tập trung vào thời gian thu hoạch lúa thì lục
bình là vật liệu sẵn có ở hầu hết các nông hộ vùng đồng bằng sông Cửu Long. Do đó,
lục bình là một nguồn sinh khối tiềm năng có khả năng ứng dụng để sản xuất khí sinh
học. Trong trường hợp thiếu hụt nguồn nguyên liệu nạp thì lục bình có thể được sử
dụng để bổ sung cho túi ủ/hầm ủ nhằm duy trì tính ổn định của mơ hình khí sinh học.
Do đó, cần có những nghiên cứu tận dụng được sự tăng trưởng sinh khối nhanh của
-6-


lục bình để bổ sung cho túi ủ trong điều kiện thiếu hụt nguồn nguyên liệu nạp mà
không cần phải tốn nhiều nhân công trong việc thu gom.
3.2 Khảo sát sự phát triển của lục bình ở các thủy vực khác nhau

Khối lượng vật chất khô (gDM/m 2 )

Kết quả nghiên cứu cho thấy trọng lượng tươi của LB khi bố trí thí nghiệm
dao động trong khoảng từ 0,41 – 0,44 kg/m2 và đạt 1,3 – 6,9 kg/m2 sau 6 tuần. Sự
gia tăng trọng lượng của LB sau 6 tuần ở kênh dẫn nước, ao nuôi cá và mương
vườn là cao nhất với trọng lượng vật chất khô lần lượt là 634, 804 và 603 gDM/m2.
Trong khi đó lục bình trên sơng chỉ đạt 162 gDM/m2 (Hình 3.1).
1000
800
600

Sông
Kênh

Ao nuôi cá
Mương

a
b

ab

400
200

c
ns

0

TL ban đầu

TL kết thúc

Hình 3.1: Sự tăng trưởng trọng lượng của lục bình trên các loại hình thủy vực
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Qua kết quả nghiên cứu sự tăng trưởng của lục bình cho thấy, trung bình
lượng DM của lục bình gia tăng 19,1 g.m-2.ngày-1 đối với thủy vực ao, trong đó
thành phần VS của lục bình chiếm 83,6 % TS (Carina and Cecilia, 2006), trung
bình lượng VS gia tăng từ 16 g.m-2.ngày-1. Với năng suất sinh khí của lục bình dao
động từ 200 – 300 L.kgVS-1 (O’Sullivan et al., 2010; Rajendran et al., 2012) thì sự
tăng trưởng của lục bình có thể cung cấp từ 3,2 – 4,8 L khí sinh học.m-2.ngày-1.
Nếu hộ gia đình 4 người với nhu cầu đun nấu từ khí sinh học 300 – 500 L.ngày-1,

thì với diện tích từ 62 – 156 m2 lục bình có thể cung cấp lượng khí sinh học đủ
dùng cho hộ gia đình.
3.3 Xác định ảnh hƣởng của phƣơng pháp tiền xử lý sinh học và kích thƣớc
vật liệu rơm và lục bình lên hiệu suất sinh khí biogas
3.3.1 Ảnh hưởng của các phương pháp tiền xử lý rơm và lục bình
a. Thể tích khí mê-tan tích dồn
Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng thể tích khí mê-tan tích dồn trong 60
ngày của các nghiệm thức rơm dao động từ 63,1 đến 111,3 lít (Hình 3.2). Trong đó
nghiệm thức 100% phân heo cho tổng lượng khí tích dồn thấp nhất (63,1 lít). Tất
-7-


cả các nghiệm thức tiền xử lý đều có tổng thể tích khí tích dồn cao hơn nghiệm
thức 100% phân heo (p<0,05) với lượng khí tích dồn lần lượt là 111,3L; 103,8L;
110,7L; 107,1L tương ứng với tiền xử lý rơm bằng nước thải biogas; tiền xử lý
bằng nước máy; tiền xử lý bằng nước bùn đáy ao; tiền xử lý bằng nước ao. Trong
giai đoạn 45 ngày đầu, rơm được tiền xử lý bằng nước thải biogas và bùn đáy ao
cho lượng khí mê-tan tích dồn cao hơn so với các nghiệm thức khác. Trong đó,
tổng lượng khí mê-tan tích dồn ở ngày 45 có sự khác biệt rõ giữa các phương pháp
tiền xử lý (p<0,05). Rơm được tiền xử lý bằng nước thải biogas và nước bùn đáy
ao cho lượng khí tích dồn cao nhất, khác biệt có ý nghĩa so với tiền xử lý bằng
nước ao và nước máy (p<0,05).
Tiền xử lý rơm bằng nước thải biogas có tổng lượng khí mê-tan tích dồn đến
ngày 60 khơng khác biệt so với tiền xử lý bằng nước bùn đáy ao và nước ao (p>0,05)
nhưng khác biệt với các nghiệm thức tiền xử lý bằng nước máy (Hình 3.2). Kết quả cho
thấy tiền xử lý bằng nước thải biogas và bùn đáy ao là hai phương pháp có thể được
ứng dụng trong tiền xử lý rơm tốt hơn các phương pháp tiền xử lý còn lại. Phối trộn
rơm với phân heo theo tỷ lệ 50%/50% nâng cao được tổng lượng khí sinh ra so với việc
chỉ sử dụng phân heo 100% (p<0,05).

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

140
120
100
80

Nước máy
Nước thải biogas
Nước ao
Nước bùn đáy ao
Phân heo

a
b
a
b
ab a

60
40

b ab b

ab a

a
b

a

c

b

c
c

a

c

20
0
Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.2: Thể tích khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức tiền xử lý rơm sau 60 ngày
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Kết quả nghiên cứu cho thấy các nghiệm thức có vật liệu được tiền xử lý
bằng nước bùn đáy ao và nước thải biogas đều có khả năng sinh khí nhanh hơn các
nghiệm thức tiền xử lý bằng nước ao và nước máy. Cả hai phương pháp tiền xử lý

bằng nước thải biogas và nước bùn đáy ao đều sinh khí mê-tan từ các ngày đầu của
quá trình ủ, nhờ hệ vi sinh vật sẵn có trong nước thải biogas và nước bùn đáy ao
thúc đẩy nhanh q trình sinh khí. Giai đoạn sinh khí tập trung của các nghiệm
thức chủ yếu từ ngày thứ 7 đến ngày thứ 20.
-8-


Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng lượng khí mê-tan tích dồn trong 60 ngày
giữa các nghiệm thức lục bình dao động từ 63,1 – 136,1 L (Hình 3.3). Trong đó,
tiền xử lý lục bình bằng nước bùn đáy ao cho tổng thể tích khí cao nhất với 136,1
L, nghiệm thức ủ 100% phân heo cho thể tích sinh ra thấp nhất (63,1 L). Các
nghiệm thức tiền xử lý bằng nước thải biogas, nước máy và nước ao có các giá trị
tổng khí tích dồn lần lượt là 124,2, 127,6 và 114,7 L. Ở thời điểm 30 ngày, thể tích
khí mê-tan tích dồn của các bình ủ tiền xử lý bằng bùn đáy ao là cao nhất, khác biệt
so với các nghiệm thức khác (p<0,05). Điều này cho thấy lục bình được tiền xử lý
bằng bùn đáy ao giúp đẩy nhanh q trình tạo khí hơn so với các phương pháp tiền
xử lý khác. Kết quả thống kê tại thời điểm kết thúc thí nghiệm (60 ngày) cho thấy
tổng thể tích khí tích dồn của nghiệm thức tiền xử lý lục bình bằng nước bùn đáy
ao cao hơn so với tiền xử lý bằng nước thải biogas, nước máy, nước ao và 100%
phân heo (p<0,05). Việc phối trộn lục bình với phân heo trong ủ yếm khí đã làm
gia tăng thể tích khí sinh ra so với chỉ ủ một loại nguyên liệu là 100% PH
(p<0,05). Ở giai đoạn đầu của q trình ủ yếm khí, do mật độ vi sinh vật yếm khí
hiện diện trong nước bùn đáy ao cao hơn so với các dung dịch tiền xử lý khác
nên tốc độ phân hủy và tạo khí mê-tan nhanh hơn so với các nghiệm thức khác.
Kết quả nghiên cứu cho thấy ở tất cả các thời điểm, tiền xử lý lục bình bằng nước
bùn đáy ao là phương pháp cho kết quả tổng lượng khí mê-tan tích dồn cao hơn
các nghiệm thức cịn lại.
160

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

a

Nước máy
Nước thải biogas
Nước ao
Nước bùn đáy ao
Phân heo

140
120
100

b
a

c

a

b

d

d
60
40

a

d
e

b
c

c

b b

c

80

b

c
d

20
0
Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.3: Thể tích khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức tiền xử lý lục bình sau 60 ngày
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

b) Năng suất sinh khí mê-tan
Năng suất sinh khí mê-tan của các nghiệm thức rơm phối trộn với phân heo
dao động trong khoảng từ 234 – 370 L CH4.kgVS-1phân hủy, trong đó cao nhất là tiền
xử lý bằng nước bùn đáy ao và thấp nhất là nghiệm thức 100% phân heo. Các
nghiệm thức rơm tiền xử lý bằng nước máy, nước thải biogas và nước ao với các
-9-


Năng suất sinh khí (L-CH4.kg VS-1phân hủy)

giá trị lần lượt là 316; 354 và 344 L CH4.kgVS-1phân hủy (Hình 3.4a). Tiền xử lý rơm
bằng nước bùn đáy ao cho năng suất cao hơn so với các nghiệm thức tiền xử lý
bằng nước máy và nước ao (p<0,05), tuy nhiên không khác biệt so với tiền xử lý
bằng nước thải biogas (p>0,05). Tiền xử lý rơm bằng nước thải biogas và nước
ao không khác biệt (p>0,05) nhưng cao hơn tiền xử lý bằng nước máy (p<0,05).
Hình 3.4a cho thấy tiền xử lý rơm phối trộn với phân heo góp phần cải thiện năng
suất sinh khí mê-tan từ 35,3 – 58,4% so với chỉ ủ đơn thuần 100% phân heo. Kết
quả phân tích mật độ tổng vi sinh vật yếm khí trong các nguồn nước tiền xử lý cho
thấy bùn đáy ao và nước thải biogas chứa nhiều vi sinh vật yếm khí (với các giá trị
lần lượt là 1,6x105 và 3,5x104 MPN/100mL) cao hơn so với nước ao (5,4x10 3
MPN/100mL) nên quá trình phân hủy nguyên liệu ở 2 nghiệm thức này diễn ra tốt
hơn so với các nguồn nước tiền xử lý khác.
400

(a)

ab

a

b

c
300

d

200
100
0

400

Nước máy

Nước thải biogas

Nước ao

B

B

B

(b)

Nước bùn đáy ao
A

300

Phân heo

C

200
100
0
Nước máy

Nước thải biogas

Nước ao

Nước bùn đáy ao

Phân heo

Phương pháp tiền xử lý

Hình 3.4: Năng suất sinh khí mê-tan của rơm (a) và lục bình (b) ở các phương pháp tiền xử lý khác nhau
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Kết quả nghiên cứu trên lục bình cho thấy năng suất sinh khí mê-tan dao
động từ 234 – 406 L CH4.kgVS-1phân hủy, lục bình được tiền xử lý bằng nước bùn

đáy ao cho năng suất sinh khí mê-tan cao nhất (406 L CH4.kgVS-1phân hủy) khác
biệt so với các nghiệm thức được tiền xử lý khác (p<0,05) (Hình 3.4b). Tiền xử
lý lục bình bằng nước máy, nước thải sau biogas và nước ao cho năng suất
sinh khí mê-tan khơng khác biệt (p>0,05) với các giá trị lần lượt là 368; 357
và 365 L CH4.kgVS-1phân hủy. Lục bình được tiền xử lý phối trộn với phân heo
góp phần cải thiện năng suất sinh khí mê-tan từ 52,8 – 73,7% so với chỉ ủ đơn
thuần 100% phân heo. Tương tự như thí nghiệm trên rơm, kết quả nghiên cứu
trên lục bình cho thấy nguồn nước tiền xử lý giàu vi sinh vật yếm khí như
nước bùn đáy ao giúp lục bình phân hủy tốt hơn so với các nghiệm thức khác.
- 10 -


3.3.2 Ảnh hƣởng của kích cỡ rơm và lục bình đến khả năng sinh khí mê-tan
a. Thể tích khí mê-tan tích dồn
Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng lượng khí mê-tan tích dồn của các
nghiệm thức kích cỡ rơm phối trộn với phân heo dao động từ 63,1 – 114,6 L, trong
đó nghiệm thức rơm khơng cắt, nghiệm thức 1 cm, nghiệm thức 10 cm và nghiệm
thức 20 cm cho tổng lượng khí mê-tan lần lượt là 114,2 L, 113,3 L, 111,5 L và
114,6 L và thấp nhất là 100% phân heo (63,1 L). Hình 3.5 cho thấy sản lượng khí
sinh ra giữa các nghiệm thức kích cỡ rơm khơng khác biệt (p>0,05). Phối trộn rơm
với phân heo giúp gia tăng sản lượng khí sinh ra từ 76,7 – 81,6% so với chỉ ủ đơn
thuần 100% phân heo. Do rơm có dạng sợi, khi cắt ngắn khơng làm gia tăng đáng
kể diện tích bề mặt của rơm nên khơng làm tăng diện tích tiếp xúc và tăng khả
năng phân hủy của rơm.
160

Không cắt
1 cm
10 cm
20 cm

Phân heo

120
100

a a a a

80
a

b

ab a

b
b

60
40

a

b

c

a a
c

20

Không cắt
1 cm
10 cm
20 cm
Phân heo

140

a a a a

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

140

120
100

a

80

b

a

a

a a

ab

a

b

c

c bc
d

20

0

a

b

60
40

a
a a a a

0

Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Ngày 15

Thời gian

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.5: Tổng lượng khí mê-tan tích dồn của rơm (trái) và lục bình (phải) với các kích cỡ khác nhau
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Kết quả nghiên cứu cho thấy tổng thể tích khí mê-tan tích dồn giữa các
nghiệm thức lục bình dao động từ 63,1 – 129,1 L. Trong đó cao nhất là nghiệm
thức lục bình ở không cắt (129,1 L) thấp nhất là nghiệm thức 100% phân heo
(63,1 L), các nghiệm thức lục bình 1 cm, 10 cm và 20 cm lần lượt là 126,8 L,
124,3 L và 128 L (Hình 3.5). Tổng lượng khí tích dồn của các nghiệm thức kích
cỡ lục bình dao động khơng lớn (p>0,05).
Thơng thường, khi kích cỡ vật liệu nhỏ sẽ làm tăng quá trình phân hủy sinh
học (Sanders et al., 2000). Khi kích cỡ vật liệu nhỏ, q trình phân hủy diễn ra dễ

dàng hơn do vi sinh vật có thể tiếp xúc tốt với bề mặt vật liệu và tăng hiệu suất sinh
khí sinh học (Mshandete et al., 2006). Theo Mshandete et al. (2006) khi kích thước
vật liệu giảm xuống từ 100 mm xuống 2 mm thì lượng khí sinh ra tăng lên 16%.
Nghiên cứu của Sharma et al. (1988) về ảnh hưởng của kích cỡ vật liệu đến khả
năng sinh biogas thực hiện trên rơm cho thấy nếu kích cỡ q nhỏ cũng ảnh hưởng
khơng tốt đến quá trình phân hủy. Các kết quả trong nghiên cứu này cho thấy, kích
cỡ của rơm và lục bình từ không cắt giảm đến 1cm không ảnh hưởng lớn đến khả
năng sinh khí của vật liệu.
- 11 -


b) Năng suất sinh khí mê-tan
Kết quả về năng suất sinh khí mê-tan của các nghiệm thức kích thước rơm
khơng cắt, 1 cm, 10 cm và 20 cm lần lượt là 348; 364; 354 và 357 L CH4.kgVS-1phân hủy.
Năng suất sinh khí của các nghiệm thức kích thước lục bình không cắt, 1 cm, 10 cm và
20 cm lần lượt là là 361; 350; 357 và 359 L CH4.kgVS-1phân hủy. Nghiệm thức 100%
phân heo cho năng suất sinh khí là 234 L CH4.kgVS-1phân hủy. Kết quả phân tích thống kê
cho thấy năng suất sinh khí giữa các nghiệm thức rơm và lục bình khơng khác biệt
(p>0,05) nhưng cao hơn so với chỉ ủ đơn thuần 100% phân heo.
Năn g suất sinh khí (L-CH4.kgVS-1 phân hủy)

400

(a)

a

a

a

a

300
b
200
100
0
Không cắt
400

(b)

a

1 cm

10 cm
a

a

20 cm
a

Phân heo

300
b
200

100
0
Không cắt

1 cm

10 cm

20 cm

Phân heo

Kích cỡ vật liệu

Hình 3.6: Năng suất sinh khí mê-tan của rơm (a) và lục bình (b) với các kích cỡ khác nhau
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của kích cỡ vật liệu đến q trình sinh khí
biogas cho thấy kích thước càng nhỏ thì tốc độ sinh khí diễn ra nhanh hơn
(Sanders et al., 2000; Sharma et al., 1998). Tuy nhiên, ở các kích thước rơm,
lục bình khơng cắt, 1 cm, 10 cm và 20 cm chưa tạo nên sự khác biệt về thể tích
khí sinh ra giữa các kích cỡ.
3.4 Xác định ảnh hƣởng của tỷ lệ phối trộn của rơm, lục bình và phân heo lên
hiệu suất sinh khí mê-tan trong thí nghiệm ủ biogas theo mẻ
3.4.1 Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn rơm và phân heo lên tổng thể tích khí mêtan tích dồn
Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng khí mê-tan tích dồn trong 60 ngày của
nghiệm thức phối trộn 50% rơm và 50% phân heo có tổng lượng khí tích dồn cao nhất
(169,4 L), khác biệt có ý nghĩa (p<0,05) so với các nghiệm thức 20% rơm + 80% phân
heo (135,1 L), 40% rơm + 60% phân heo (149,5 L), 100% phân heo (94,1 L) và 100%
rơm (123,8 L) nhưng không khác biệt (p>0,05) với nghiệm thức 60% rơm + 40% phân

heo (166,6 L) và 80% rơm + 20% phân heo (163,5 L) (Hình 3.7). Hai nghiệm thức
- 12 -


100% phân heo và 100% rơm có kết quả tổng lượng khí tích dồn đến ngày 60 thấp hơn
(p<0,05) so với các nghiệm thức có sự phối trộn giữa hai loại vật liệu này. Kết quả
phân tích cho thấy khi tỷ lệ phối trộn của rơm gia tăng từ 20% đến 80%, khả năng sinh
khí của hỗn hợp mẻ ủ tăng dần từ 135,1 L lên 169,4 L khí mê-tan. Tuy nhiên, khi tỷ lệ
rơm lớn hơn 80% thì tổng lượng khí tích dồn giảm.
200

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

160
140
120
100

a ab
c

b
b

c
d

d
d

a ab
bc
cd

e

e

f
e

80

f

60
40

a a a

100%PH
20%RO + 80%PH
40%RO + 60%PH
50%RO + 50%PH
60%RO + 40%PH
80%RO + 20%PH
100%RO

180

a a a a a
b

c

20
0
Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.7: Tổng thể tích khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức phối trộn rơm với phân heo trong 60 ngày
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

3.4.2 Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn lục bình và phân heo lên tổng thể tích khí
mê-tan tích dồn
Kết quả nghiên cứu cho thấy lượng khí mê-tan tích dồn tính đến 60 ngày
của ba nghiệm thức 40%, 50% và 60% lục bình đều cho tổng lượng khí mê-tan tích
dồn cao nhất với các giá trị lần lượt là 181,4 L, 185,7 L và 190,5 L (p>0,05).
Nghiệm thức phối trộn 20% lục bình (151,7 L) và nghiệm thức phối trộn 80% lục
bình (151,6 L) có tổng lượng khí tích dồn thấp hơn các nghiệm thức có tỷ lệ phối
trộn 40%, 50% và 60% nhưng cao hơn các nghiệm thức 100% phân heo (99 L) và
100% lục bình (29,8 L) (p<0,05).

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

250
100%PH
20%LB + 80%PH
40%LB + 60%PH
50%LB + 50%PH
60%LB + 40%PH
80%LB + 20%PH
100%LB

200

150

a a a
a a a

b

b
b

c

c

c

100

b

b

a a a

d
a

50
c

b b b

d
d

d
0
Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.8: Tổng lượng khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức tỷ lệ lục bình phối trộn với phân heo
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

- 13 -


Kết quả phân tích cho thấy khi tỷ lệ phối trộn của lục bình gia tăng từ 40%
đến 60%, tổng lượng khí mê-tan tích dồn của hỗn hợp mẻ ủ khác biệt khơng có ý
nghĩa (p>0,05). Tuy nhiên, khi tỷ lệ phối trộn của lục bình lớn hơn 60% hoặc nhỏ
hơn 40% thì tổng lượng khí mê-tan tích dồn giảm (Hình 3.8). Nghiệm thức 100%
lục bình có tổng lượng khí mê-tan tích dồn thấp nhất do pH của mẻ ủ thấp, dao
động từ 5,2 - 5,4 ở giai đoạn đầu. Các vi khuẩn sinh mê-tan bị ức chế ở khoảng pH
này, do vậy sự hình thành khí của mẻ ủ bị ức chế làm tổng lượng khí giảm.
3.4.3 Ảnh hƣởng của tỉ lệ phối trộn lên năng suất khí mê-tan

NSSK (L-CH 4.kgVS-1 phân hủy)

Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất sinh khí mê-tan của các nghiệm thức
phối trộn rơm với phân heo dao động từ 316 - 518 L CH4.kgVS-1phân hủy trong đó
năng suất cao nhất là nghiệm thức phối rơm với phân heo 50:50 (518 L CH4.kgVS1
-1
phân hủy) thấp nhất là nghiệm thức 100% phân heo (316 L CH4.kgVS phân hủy), rơm
phối trộn với phân heo ở các tỷ lệ 20:80; 40:60; 50:50; 60:40; 80:20 cho năng suất
sinh khí cao hơn so với chỉ ủ đơn thuần 100% phân heo và 100% rơm (p<0,05),
trong đó ủ yếm khí rơm với phân heo tỷ lệ 50:50 cho năng suất sinh khí cao nhất
(p<0,05). Ủ yếm khí 100% rơm cho năng suất sinh khí cao hơn so với nghiệm thức
100% phân heo (p<0,05).
600

(a)

400

c
d
f

500

a

500

(b)
b

b

e

300

a
b

400

a

a

b

c

300
200

200

d
100

100
0

0

0:100 20:80 40:60 50:50 60:40 80:20 100:0
Tỷ lệ phối trộn (rơm:phân heo)

0:100 20:80 40:60 50:50 60:40 80:20 100:0
Tỷ lệ phối trộn (lục bình :phân heo)

Hình 3.9: Năng suất sinh khí của các nghiệm thức tỷ lệ phối trộn rơm (a), lục bình (b) với phân heo
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

Các nghiệm thức lục bình phối trộn với phân heo có năng suất sinh khí mê-tan
dao động từ 86,3 – 448 L CH4.kgVS-1phân hủy, trong đó năng suất cao nhất là nghiệm
thức phối trộn lục bình với phân heo theo tỷ lệ 60:40 (448 L CH4.kgVS-1phân hủy), thấp
nhất là nghiệm thức 100% lục bình (86,3 L CH4.kgVS-1phân hủy) và nghiệm thức 100%

phân heo (260 L CH4. kgVS-1phân hủy) (Hình 3.9b). Lục bình phối trộn với phân heo ở
tỷ lệ từ 40:60; 50:50; 60:40 cho năng suất sinh khí cao hơn so với các nghiệm thức
khác (p<0,05) với các giá trị lần lượt là 425, 436 và 448 L CH4. kgVS-1phân hủy.

- 14 -


3.5 Đánh giá khả năng sản xuất khí sinh học của rơm và lục bình trong thí
nghiệm ủ yếm khí bán liên tục
3.5.1 Nồng độ và thành phần các a-xít béo bay hơi
Nồng độ VFAs của các nghiệm thức rơm, lục bình và phân heo được thể
hiện qua Hình 3.10. Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ VFAs tăng dần trong
khoảng thời gian 30 ngày sau đó có xu hướng giảm dần cho đến cuối quá trình ủ.
Riêng đối với nghiệm thức 100%RO và 100%ROKT nồng độ VFAs vẫn duy trì ổn
định trong suốt thời gian ủ. Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ, các chất hữu cơ
được thủy phân tạo ra các a-xít, sự tích lũy các a-xít này trong hệ thống ủ là
nguyên nhân dẫn đến VFAs tăng dần, sau giai đoạn sinh a-xít thì giai đoạn sinh khí
mê-tan chiếm vai trị chủ đạo trong hệ thống ủ sự chuyển hóa các a-xít này thành
khí mê-tan dẫn đến VFAs trong hệ thống ủ giảm.
Nồng độ VFAs (mM/L)

40

40

(a)

30

30

20

20

10

10

0
0

10

20

30

40

50

60

(b)

0

Thời gian (ngày)

0

10

20

30

40

Thời gian (ngày)

100%RO

50%RO+50%PHKT

100%LB

100%ROKT

100%PH

100%LB KT

50%RO+50%PH

100%PHKT

50%LB+50%PH

50

60

50%LB+50%PHKT
100%PH
100%PHKT

Hình 3.10: Nồng độ VFAs trong mẻ ủ bán liên tục sử dụng rơm (a) và lục bình (b)

Trong nghiên cứu này, khi phối trộn rơm càng nhiều thì cho VFAs tích lũy
cao hơn và thời gian sinh a-xít được kéo dài hơn, nghiệm thức 100%RO có hàm
lượng VFAs cao kéo dài đến ngày 50 của q trình ủ. Trong khi đó, hàm lượng
VFAs của các nghiệm thức phối trộn rơm với phân heo và 100%PH giảm dần sau 30
ngày. Giá trị VFAs thích hợp cho sự hoạt động của vi sinh vật sinh khí mê-tan dưới
4000 mg/L (tương đương 66,7 mM/L) (Siegert et al., 2005; Ward et al., 2008). Sự
tích lũy nhiều VFAs trong hỗn hợp ủ và giá trị pH trong hỗn hợp ủ giảm thấp có thể
cho thấy tình trạng nạp q tải chất hữu cơ. Trong nghiên cứu này giá trị VFAs nằm
trong khoảng thích hợp cho q trình hoạt động của vi khuẩn sinh khí mê-tan.

- 15 -


A-xít acetic (mmol/L)

25

25

(a)

20
15

15

10

10

5

5

A-xít propionic (mmol/L)

0
25

0
25

(b)

20

15

10

10

5

5

A-xít butyric (mmol/L)

0

0
14

(c)

12

(e)

20

15

14

(d)

20

(f)

12

10

10

8

8

6

6

4

4

2

2
0

0
0

10

100%RO

100%RO KT

20

30

40

Thời gian (ngày)
50%RO+50%PH
50%RO+50%PHKT

50

60

100%PH
100%PHKT

0

10
100%LB
100%LBKT

20

30
40
Thời gian (ngày)

50%LB+50%PH
50%LB+50%PHKT

50

60
100%PH
100%PHKT

Hình 3.11: Diễn biến nồng độ các a-xít béo bay hơi của các nghiệp thức rơm (a,b,c) và lục bình (d,e,f)

Kết quả nghiên cứu cho thấy thành phần của các VFAs trong q trình ủ
yếm khí rơm, lục bình phối trộn với phân heo là a-xít acetic, propionic, butyric,
succinic, acrylic, fumaric, formic, malic, glucose và ethanol trong đó thành phần
chính của các VFAs là a-xít acetic, propionic, butyric chiếm hơn 80% trong tổng
VFAs. Kết quả nghiên cứu cho thấy a-xít acetic, a-xít propionic và a-xít butyric là
thành phần chính trong VFAs, đặc biệt là a-xít acetic và a-xít propionic chiếm
thành phần lớn trong VFAs.
3.5.2 Thể tích khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức sử dụng rơm làm
nguyên liệu nạp
Tổng thể tích mê-tan tích dồn của các nghiệm thức nạp rơm được trình bày
ở Hình 3.12. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổng thể tích khí mê-tan tích dồn của
các nghiệm thức sau 60 ngày lần lượt là 257, 242, 214, 215, 57,6 và 53,6 lít khí
tương ứng với các nghiệm thức 100%ROKT, 100%RO, 50%RO+50%PHKT,
50%RO+50%PH, 100%PHKT và 100%PH. Tổng lượng khí mê-tan tích dồn sau 60
ngày của các nghiệm thức cho thấy, khuấy trộn làm gia tăng lượng khí tích dồn
nhưng lượng tăng khơng lớn.

- 16 -

Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

300
100%RO
100%ROKT

250

a

200

50%RO+50%PH
50%RO+50%PHKT

150

100%PH
100%PHKT

a

b

ab a
b

b

ab

100
a

a

50
a a

b

c

a a

c

c c
b b

b c c

0
Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.12: Tổng thể tích khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức nạp rơm
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

3.5.3 Tổng lƣợng khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức sử dụng lục bình
làm nguyên liệu nạp
Vai trò của khuấy đảo chỉ thể hiện rõ khi lượng ngun liệu nạp trong bình
ủ cao. Tổng lượng khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức nạp lục bình cao hơn
hẳn nghiệm thức rơm với các giá trị lần lượt là 416, 322, 294, 241, 57,6 và 53,6 lít
khí, tương ứng với các nghiệm thức 100%LB KT, 100%LB, 50%LB+50%PHKT,
50%LB+50%PH, 100%PHKT và 100%PH.
Tổng khí mê-tan tích dồn (L)

500
100%LB
100%LBKT

400

a

50%LB+50%PH
50%LB+50%PHKT

b
c

100%PH
100%PHKT

300

a

d

b

200

b
c

a

100

c
b

0

a

d

b

Ngày 15

e e
d d

e e

b b c c
Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.13: Tổng thể tích khí tích dồn của các nghiệm thức nạp lục bình
Ghi chú: các cột có mẫu tự giống nhau thì khơng khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% theo phép thử Duncan

3.6 Đánh giá khả năng sử dụng rơm và lục bình trong ủ yếm khí bán liên tục –
thử nghiệm trên túi ủ biogas polyethylene với quy mô nông hộ
3.6.1 Thời gian vận hành túi ủ
Kết quả nghiên cứu cho thấy túi ủ nạp 100%RO và 100%LB có thời gian
vận hành thấp hơn so với nghiệm thức khác. Với lượng nạp 1kg/VS/ngày thì túi ủ
nạp 100%RO chỉ có thể vận hành đến ngày 23, đối với nghiệm thức 100%LB là 27
ngày (Bảng 3.3). Trong khi đó các túi ủ 50%RO+50%PH, 50%LB+50%PH và
100%PH đã vận hành được liên tục cho đến ngày thứ 60 mà không gặp bất kỳ trở
- 17 -

ngại nào. Do rơm và lục bình là các loại ngun liệu có độ xốp cao, chiếm thể tích
rất lớn nên khi nạp vào túi dễ gây hiện tượng đầy túi, khơng thể nạp tiếp tục. Đây
là ngun nhân chính gây hạn chế cho việc tạo khí sinh học từ nguyên liệu sinh
khối mà đặc biệt là từ rơm và lục bình.
Bảng 3.3: Khả năng vận hành của túi ủ biogas với các nguyên liệu nạp khác nhau
Lượng VS nạp
Thời gian vận hành
Nghiệm thức
(kg)
(ngày)
100%LB
115
27
50%LB+50%PH
254
60
100%RO
98
23
50%RO+50%PH
254
60
100%PH
254
60

3.6.2 Thể tích khí sinh ra hàng ngày và tổng lƣợng khí mê-tan tích dồn

Thể tích khí sinh học sinh ra hằn g ngày (m 3 /ngày )

Kết quả nghiên cứu cho thấy thể tích khí biogas sinh ra hàng ngày của các
nghiệm thức có xu hướng tăng dần và ổn định sau 30 ngày đầu của thí nghiệm.
Qua biểu đồ sinh khí hàng ngày của các nghiệm thức 50%RO+50%PH,
50%LB+50%PH và túi nạp 100%PH có thể thấy rõ 3 giai đoạn sinh khí của các
nghiệm thức này. Giai đoạn đầu (từ ngày 1 đến ngày 13) các nghiệm thức này
sinh khí chậm, sau đó lượng khí sinh ra hàng ngày tăng nhanh đến ngày thứ 30,
từ ngày 30 đến khi kết thúc thì lượng khí sinh ra hàng ngày giữ ở mức cao và ổn
định (Hình 3.14).
1.6
100%PH
100%RO
50%RO+50%PH
100%LB
50%LB+50%PH

1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10

20

30
40

Thờ i gian (ngà y)

50

60

Hình 3.14: Thể tích khí biogas sinh ra hàng ngày của các nghiệm thức

Kết quả về tổng lượng khí mê-tan tích dồn tính đến 60 ngày được trình bày
ở Hình 3.15 cho thấy lượng khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức 100%LB và
100%RO (lần lượt là 7,7 và 8,7 m3) thấp hơn so với lượng khí mê-tan tích dồn ở
các nghiệm thức 50%LB+50%PH, 50%RO+50%PH và 100%PH (lần lượt là 27,8;
26,5 và 29,2 m3). Kết quả cho thấy túi ủ được nạp với nguyên liệu phối trộn
(rơm/lục bình với phân heo) có lượng khí sinh ra tương đương với túi ủ được nạp

- 18 -


100%PH. Trong khi đó, các túi ủ nạp với 100%RO và 100%LB có tổng lượng khí
mê-tan sinh ra thấp (Hình 3.15).
Tổng khí mê-tan tích dồn (m 3 )

35
100% PH
100% RO
50% RO+ 50% PH
100% LB
50% LB + 50% PH

30

25
20
15
10
5
0

Ngày 15

Ngày 30

Ngày 45

Ngày 60

Thời gian

Hình 3.15: Tổng lượng khí mê-tan tích dồn của các nghiệm thức

Nghiên cứu cho thấy việc phối trộn rơm hoặc lục bình với phân heo ở tỷ lệ
nạp 50:50 (tính theo VS) đã kéo dài được thời gian vận hành của túi ủ, cung cấp
tổng thể tích khí nhiều hơn so với việc nạp 100%LB hoặc 100%RO và gần tương
đồng với tổng thể tích khí sau 60 ngày của nghiệm thức 100%PH. Điều này cho
thấy trong thời gian thiếu hụt nguồn nguyên liệu từ phân heo như trong giai đoạn
tái đàn, ngưng sản xuất do dịch bệnh hoặc giá thị trường xuống thấp thì việc bổ
sung rơm hoặc lục bình có thể giúp cho nguồn biogas được duy trì ổn định.
3.6.3 Năng suất sinh khí mê-tan
Kết quả nghiên cứu cho thấy năng suất sinh khí mê-tan giữa các nghiệm thức
sau 60 ngày thí nghiệm dao động trong khoảng từ 66,6 – 114,8 L CH4.KgVSnạp-1
(Hình 3.16). Trong đó, nghiệm thức nạp 100%LB và 100%RO cho năng suất sinh

khí mê-tan lần lượt là 66,6 và 88,8 L CH4.KgVSnạp-1. Năng suất sinh khí mê-tan của
các nghiệm thức 50%LB+50%PH, 50%RO+50%PH và 100%PH lần lượt là 109,6;
104,5 và 114,8 L CH4.KgVSnạp-1, chênh lệch giữa các nghiệm thức dưới 10%.
Năn g suất sinh khí (LCH4.KgVSnạp-1)

140
120
100
80
60
40
20
0
100%LB

50%LB+50%PH

100%RO

50%RO+50%PH

100%PH

Nghiệm thức

Hình 3.16: Năng suất sinh khí mê-tan của các nghiệm thức
- 19 -


Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

4.1 Kết luận
Lượng rơm phát sinh hàng năm ở ĐBSCL là rất lớn và chủ yếu được đốt bỏ
trên đồng ruộng. Việc này gây lãng phí nguồn sinh khối dồi dào từ nơng nghiệp và
phát thải một lượng lớn khí CO2, CO, NOx vào khí quyển. Lục bình sinh trưởng tốt
ở thủy vực ao nuôi cá, kênh dẫn nước và mương vườn. Sự gia tăng trọng lượng vật
chất khô của LB sau 6 tuần ở kênh dẫn nước, ao nuôi cá và mương vườn lần lượt là
634, 804 và 603 gDM/m2. Nếu sử dụng lục bình để sản xuất khí sinh học với mức
tăng trưởng trong nghiên cứu này từ 62 – 156 m2 lục bình có thể cung cấp 300 –
500 L biogas.ngày-1. Rơm và lục bình là nguồn sinh khối dồi dào có thể cung cấp
cho q trình sản xuất khí sinh học.
Tiền xử lý bằng nước thải biogas và nước bùn đáy ao là hai phương pháp
có thể được ứng dụng trong tiền xử lý rơm và lục bình để tạo khí sinh học. Rơm
được tiền xử lý bằng nước bùn đáy ao và nước thải biogas cho năng suất sinh khí
mê-tan lần lượt là 370 và 354 LCH 4.kgVS-1phân hủy cao hơn các nghiệm thức còn
lại. Tiền xử lý lục bình bằng nước bùn đáy ao cho năng suất sinh khí cao nhất đạt
406 LCH4.kgVS-1phân hủy. Các kích cỡ của rơm và lục bình từ khơng cắt giảm đến
1cm khơng ảnh hưởng lớn đến năng suất sinh khí mê-tan của vật liệu.
Rơm phối trộn phân heo ở tỷ lệ 50% (C/N=32,1) cho năng suất sinh khí mêtan cao nhất (518 LCH4.kgVS-1phân hủy). Phối trộn lục bình từ 40 đến 60% (C/N từ
27,0 - 29,3) cho năng suất sinh khí mê-tan (425 – 448 LCH4.kgVS-1phân hủy) cao hơn
các nghiệm thức còn lại. Phối trộn rơm, lục bình với phân heo cải thiện năng suất
sinh khí mê-tan so với tỷ lệ 100% rơm, 100% lục bình và 100% phân heo.
Vai trị của khuấy trộn nguyên liệu chỉ thể hiện rõ khi lượng nguyên liệu
nạp trong bình ủ tăng, khuấy trộn làm gia tăng lượng khí tích dồn nhưng lượng
tăng khơng lớn. Khơng có sự khác biệt về năng suất sinh khí giữa các nghiệm thức
có và khơng có khuấy trộn khi sử dụng rơm và phân heo làm nguyên liệu nạp
nhưng khác biệt rõ ở các nghiệm thức sử dụng lục bình làm ngun liệu nạp.
Nghiên cứu thử nghiệm trên mơ hình túi ủ polyethylene (PE) cho thấy có
thể sử dụng rơm và lục bình làm nguyên liệu nạp bổ sung với tỷ lệ 50% (tính theo
VS) ở quy mơ nơng hộ khi thiếu hụt nguồn nguyên liệu nạp mà không ảnh hưởng
đáng kể đến khả năng sinh khí, hiệu suất của túi so với túi ủ truyền thống nạp hoàn

toàn bằng phân heo. Tỷ lệ nạp 100% rơm và 100% lục bình cho thấy túi ủ có thời
gian tiếp nhận ngun liệu nạp thấp, dễ đầy do tích lũy nhiều chất xơ.

- 20 -


4.2 Kiến nghị
Sử dụng rơm và lục bình làm nguyên liệu bổ sung cho túi ủ/hầm ủ khí sinh
học là một giải pháp cải thiện môi trường thông qua việc tái sử dụng phụ phẩm
nông nghiệp, nâng cao hiệu suất sinh khí, đồng thời tăng tính ổn định của mơ hình
trong giai đoạn thiếu hụt nguồn nguyên liệu nạp.
Cần nghiên cứu cải tiến túi ủ biogas cho phù hợp với nguyên liệu nạp là
rơm và lục bình, khắc phục hiện tượng vật liệu bị nổi, tạo váng trong mẻ ủ và sử
dụng bả thải sau q trình ủ yếm khí như một nguồn phân hữu cơ.
.

- 21 -