Sử dụng bã thải nấm và lục bình tạo khí sinh học tại phòng thí nghiệm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2015 – 2016
/XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU
MỘT"NĂM 2016

TÊN ĐỀ TÀI

SỬ DỤNG BÃ THẢI NẤM VÀ LỤC BÌNH TẠO
KHÍ SINH HỌC TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM
Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và cơng nghệ

Bình Dương, tháng 4 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG


BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA
CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2015 - 2016
/XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU
MỘT"NĂM 2016

TÊN ĐỀ TÀI

SỬ DỤNG BÃ THẢI NẤM VÀ LỤC BÌNH TẠO
KHÍ SINH HỌC TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ XUÂN VÂN
Dân tộc: Kinh
Lớp: D12MT01 Khoa: Tài nguyên Môi Trường
Năm thứ: 4
Số năm đào tạo: 4 năm
Ngành học: Khoa học Môi trường
Người hướng dẫn: ThS. TRỊNH DIỆP PHƯƠNG DANH
UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

Nữ

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc


THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1. Thơng tin chung:
Tên đề tài:

“Sử dụng bã thải nấm và lục bình tạo khí sinh học tại phịng thí

nghiệm”.
Nhóm sinh viên thực hiện:
STT
1
2
3

4
5

Họ và tên
Nguyễn Thị Xuân Vân
Lê Thị Kim Hậu
Nguyễn Thị Lụa
Văn Thị Ngọc Hà
Trần Minh Hiếu

MSSV
1220510183
1220510061
1220510090
1220510052
1424403010155

Lớp
D12MT01
D12MT01
D12MT01
D12MT01
D14MT02

Khoa
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường
Tài nguyên Môi Trường

Người hướng dẫn: ThS. TRỊNH DIỆP PHƯƠNG DANH
2. Mục tiêu đề tài:
- Xác định khả năng tạo khí của hỗn hợp bã thải nấm và lục bình.
- Xác định tỉ lệ giữa bã thải nấm và lục bình để tạo lượng khí cao nhất.
3. Tính mới và sáng tạo:
Sử dụng kết hợp giữa bã thải nấm (mạt cưa sau ủ nấm) và lục bình để sản xuất
khí sinh học chưa được thực hiện trong các nghiên cứu trước đó và có tính khả thi. Sản
phẩm của đề tài sau nghiên cứu có khả năng ứng dụng rộng rãi.
4. Kết quả nghiên cứu:
Thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng sinh khí của q trình lên men yếm khí ủ
theo mẻ của bã thải nấm (B) và lục bình (L). Ta thấy, điều kiện tối ưu cho quá trình là:
sử dụng nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas làm nước mồi với tỷ lệ phối trộn
là 50% lục bình + 50% bã thải nấm (tính theo khối lượng tươi của ngun liệu nạp)
được tiến hành trên các mơ hình lên men yếm khí ủ theo mẻ trong điều kiện phịng thí
nghiệm. Sau 26 ngày lên men, tổng thể tích khí sinh ra từ nghiệm thức là 46,3 lít
(tương đương với khoảng 92,6 lít biogas/ 1 kg ngun liệu khơ).
5. Đóng góp về mặt kinh tế - xã hội,giáo dục và đào tạo, an ninh, quốc phòng và
khả năng áp dụng của đề tài:
Nấm là 1 loại thực phẩm khá quen thuộc và phổ biến ở Việt Nam, mà đi kèm
với lượng nấm tiêu thụ thì lượng bã thải nấm được phát sinh. Cộng với sự phát triển


ngày càng nhanh chóng của lục bình trên các con sông, kênh, rạch. Đây là nguồn
nguyên liệu vô cùng phong phú để tọ khí sinh học.
Kết quả của đề tài vừa góp phần tận dụng phụ phẩm nơng nghiệp, hạn chế ơ
nhiễm mơi trường, vừa mang lại sản phẩm có giá trị ứng dụng cao và hiệu quả kinh tế.
6.Công bố khoa học của sinh viên từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ họ tên
tác giả, nhan đề và các yếu tố về xuất bản nếu có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở
đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày

tháng

năm

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài
(ký, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của sinh viên thực
hiện đề tài:


Ngày

tháng

năm

Xác nhận của lãnh đạo khoa

Người hướng dẫn

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

Xác nhận của UVPB 1

Xác nhận của UVPB 2

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)


UBND TỈNH BÌNH DƯƠNG
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

THƠNG TIN VỀ SINH VIÊN
CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
I. SƠ LƯỢC VỀ SINH VIÊN:
Ảnh 4x6
Họ và tên: Nguyễn Thị Xuân Vân
Sinh ngày: 06 tháng 11 năm 1994.
Nơi sinh: Bình Dương
Lớp: D12MT01 Khóa: 2012- 2016
Khoa: Tài Nguyên Môi Trường.
Địa chỉ liên hệ: Lớp D12MT01, Khoa Tài Nguyên Môi Trường, Trường ĐH Thủ Dầu
Một.
Điện thoại: 01235267036
Email:
II. QUÁ TRÌNH HỌC TẬP
* Năm thứ 1:
Ngành học: Khoa Học Mơi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Trung bình khá

* Năm thứ 2:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Khá
* Năm thứ 3:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Khá
* Năm thứ 4:
Ngành học: Khoa Học Môi Trường
Kết quả xếp loại học tập: Giỏi
Xác nhận của lãnh đạo khoa

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Khoa: Tài Nguyên Môi Trường

Khoa: Tài Ngun Mơi Trường

Sinh viên chịu trách nhiệm chính
thực hiện đề tài

Ngày 14 tháng 03 năm 2016


i

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................iv
DANH MỤC BẢNG.....................................................................................................v

MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1

2.

Mục tiêu đề tài..................................................................................................2

3.

Nội dung nghiên cứu........................................................................................2

4.

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu........................................................................3

5.

4.1.

Đối tượng nghiên cứu.............................................................................3

4.2.

Phạm vi nghiên cứu................................................................................3

Ý nghĩa đề tài...................................................................................................3
5.1.

Ý nghĩa khoa học....................................................................................3

5.2.

Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN........................................................................................4
1.1. Giới thiệu chung nguyên liệu...........................................................................4
1.1.1.

Lục bình..................................................................................................4

1.1.2.

Bã thải nấm.............................................................................................6

1.1.3.

Nước thải chăn nuôi heo sau biogas........................................................6

1.2. Tổng quan về quá trình lên men lên men tạo khí..............................................7
1.2.1.

Giới thiệu chung về khí sinh học (biogas)..............................................7

1.2.2.

Nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học...........................................7

1.2.3.

Lên men tạo khí......................................................................................8

1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình ủ khí sinh học..........................................9
1.3.1.

Ảnh hưởng của pH..................................................................................9

1.3.2.

Ảnh hưởng của nhiệt độ..........................................................................9

1.3.3.

Ảnh hưởng của oxy...............................................................................10


ii
1.3.4.

Ảnh hưởng của độ ẩm...........................................................................10

1.3.5.

Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng (Hàm lượng chất khô)............10

1.3.6.

Ảnh hưởng của các độc tố.....................................................................10

1.4. Các phương pháp sản xuất Biogas..................................................................10
1.4.1.

Phương pháp vận hành..........................................................................10

1.4.2.

Phương pháp dùng hầm ủ.....................................................................11

1.5. Ứng dụng của biogas......................................................................................13
1.5.1.

Ứng dụng trong nông nghiệp................................................................13

1.5.2.

Ứng dụng trong công nghiệp................................................................14

1.5.3.

Các ứng dụng khác...............................................................................14

1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước:...................................14
1.6.1.

Tình hình nghiên cứu ngồi nước:........................................................14

1.6.2.

Tình hình nghiên cứu trong nước:.........................................................15

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................18
2.1. Đối tượng nghiên cứu:....................................................................................18
2.1.1.

Lục bình (bèo tây).................................................................................18

2.1.2.

Bã thải nấm bào ngư.............................................................................18

2.1.3.

Nước thải chăn ni heo sau hệ thống biogas.......................................18

2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................19
2.2.1.

Quy trình thực hiện...............................................................................19

2.2.2.

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn........................................................19

2.2.2.1. Xử lý nguyên liệu.................................................................................19
2.2.2.2. Lắp đặt mơ hình ủ theo mẻ...................................................................20
2.2.2.3. Phương pháp đo pH..............................................................................20
2.2.2.4. Phương pháp đo độ ẩm.........................................................................21
2.2.2.5. Phương pháp đo tổng thể tích khí.........................................................21

iii
2.2.2.6. Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tạo khí..................................21
2.2.3.

Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.......................................................22

2.2.3.1. Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.......................................22
2.2.3.2. Phương pháp xử lý số liệu....................................................................22
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..........................................................23
3.1. Tiến hành lắp mơ hình ủ theo mẻ....................................................................23
3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng sinh khí...............................23
3.2.1.

Khảo sát sự ảnh hưởng của nước mồi đến khả năng tạo khí.................23

3.2.2.

Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn khả năng tạo khí..................25

3.3. Đánh giá khả năng sinh khí của bã thải nấm và lục bình................................27
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................30
4.1. Kết luận..........................................................................................................30
4.1.1.

Đề tài nghiên cứu đạt được một số kết quả sơ bộ:................................30

4.1.2.

Những hạn chế của đề tài nghiên cứu:..................................................30

4.2. Kiến nghị........................................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................32
PHỤ LỤC 1................................................................................................................34
PHỤ LỤC 2................................................................................................................35
PHỤ LỤC 3................................................................................................................36


iv

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Lục bình.........................................................................................................4
Hình 2.1. Nước thải được lấy từ hố chứa nước thải chăn nuôi heo sau hệ thống biogas.
..................................................................................................................................... 18
Hình 2.2. Sơ đồ tổng quát về quy trình thực hiện........................................................19
Hình 2.3 . Sơ đồ quy trình xử lý lục bình.....................................................................19
Hình 2.4: Bã thải nấm đã được giã nhỏ........................................................................20
Hình 2.5: Mơ hình thí nghiệm ủ theo mẻ.....................................................................20
Hình 3.1: Mơ hình ủ theo mẻ đã được lắp đặt..............................................................23
Hình 3.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nước mồi đến khả năng tạo khí từ lục bình (L) và
bã thải nấm (B) sau xử lý.............................................................................................24
Hình 3.3. Khảo sát sự ảnh hưởng của tỉ lệ phối trộn đến khả năng tạo khí từ lục bình
(L) và bã thải nấm ( B) sau xử lý.................................................................................26
Hình 3.4: Thể tích khí sinh ra theo ngày từ các nghiệm thức phối trộn giữa lục bình (L)
và bã thải nấm (B)........................................................................................................27


v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Thành phần hóa học của lục bình..................................................................5
Bảng 1.2. Tính chất bã thải sau trồng nấm.....................................................................6


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bèo lục bình (Eichornia crassipes) được biết như là một trong những loài thực
vật phát triển nhanh nhất và đã trở thành một trong các loài cỏ dại gây nhiều vấn đề
nhất trên thế giới. Bèo lục bình đã trở thành mối hiểm họa đến môi trường sinh học
trong các thủy vực ở nhiều nước trên thế giới. Ở Việt Nam, khoảng 15 năm trở lại đây
nó đã là mối đe dọa đến hệ sinh thái, cản trở giao thông đường thủy, ảnh hưởng dịng
chảy,… Ở hạ lưu sơng Sài Gịn bao gồm các tỉnh Bình Dương, thành phố Hồ Chí Minh
bèo lục bình ảnh hưởng nghiêm trọng đến giao thơng đường thủy khu vực thành phố
Thủ Dầu Một. Trên các kênh rạch tại thành phố Hồ Chí Minh đã phải thành lập đội
thuyền chuyên thu gom bèo lục bình trên các kênh rạch. Đã có nhiều nghiên cứu đề
xuất để giảm tác động của chúng đến môi trường như sử dụng đấu tranh sinh học,
khống chế bằng hóa chất, sử dụng nhân cơng để thu gom, sản xuất phân bón,….tuy
nhiên chưa có những giải pháp thích hợp để khống chế chúng do quy mơ sử dụng cịn
rất nhỏ, hiệu quả kinh tế không cao, công nghệ chưa phù hợp nên chưa được xem là
biện pháp khống chế sự bùng phát của bèo.
Nhiều nghiên cứu đã xác định lục bình là cây sinh khối có khả năng sử dụng
làm nguyên liệu nạp cho q trình lên men yếm khí. Trong kết quả nghiên cứu của
Nguyễn Võ Châu Ngân và cộng sự thực hiện vào năm 2012, lục bình hồn tồn có thể
sử dụng làm nguyên liệu bổ sung, hoặc thậm chí thay thế cho phân heo để nạp vào
hầm ủ biogas trong điều kiện thực tế luôn thiếu phân ở đồng bằng Sông Cửu Long.
Lục bình tươi, bỏ rễ, cắt nhỏ từ 1 đến 2 cm, phơi khô, thủy phân bằng nước hầm ủ
biogas tối thiểu 2 ngày. Sau đó nạp lục bình đã thủy phân này vào hầm ủ biogas, sẽ
làm tăng năng suất sinh khí và tăng chất lượng của khí đốt. Trung bình 1 kg thân lá lục

bình sinh ra 14,3 l khí/ngày.
Nấm là 1 loại thực phẩm khá quen thuộc và phổ biến ở Việt Nam. Hiện nay với
khoảng 100.000 tấn nấm nguyên liệu được sản xuất hàng năm, Việt Nam đang đứng
thứ ba trên thế giới về xuất khẩu nấm các loại. Trong đó tại huyện Phú Giáo có gần 20
trại trồng nấm, với lượng mạt cưa thải ra sau khi thu hoạch nấm hiện tại khoảng 1.000
m3/năm, lượng mạt cưa phế thải này sẽ tăng lên nhiều hơn khi dự án trồng nấm của


2
huyện được mở rộng. Tuy nhiên, cách xử lý của các trại nấm ở huyện Phú Giáo cũng
như hầu hết các trại nấm vùng Đông Nam Bộ sau khi sản xuất xong nguồn bã thải này
vẫn chưa được sử dụng vào mục đích cụ thể, người dân chỉ mang rải trên mặt ruộng
như nguồn phân bón, ngăn mưa làm dẽ đất và khơng cho cỏ lên, thậm chí thải bỏ ra
ngoài, mạt cưa phế thải sau khi thu hoạch nấm nếu để phân hủy tự nhiên phải cần thời
gian lâu dài và địi hỏi diện tích khá lớn chỉ để chứa đựng lượng phế thải này gây ảnh
hưởng xấu đến mơi trường. Đây có thể là nguồn ngun liệu nạp cho hầm ủ nhưng các
vấn đề này chưa được quan tâm nhiều.
Hiện nay, việc dùng hầm biogas để hạn chế ô nhiễm môi trường từ vật nuôi, gia
súc, gia cầm để lấy năng lượng sử dụng đang phát triển mạnh. Bên cạnh nguồn nguyên
liệu truyền thống là phân gia súc thì các nguồn phế phẩm trong nơng nghiệp như rơm
rạ, lục bình,… được xem như là một nguồn sinh khối rất có tiềm năng trong sản xuất
khí sinh học. Hiệu quả của hầm ủ biogas mang lại rất lớn, ngoài việc xử lý tốt chất thải
chăn nuôi và phế phẩm trong nơng nghiệp, chất cặn từ hầm ủ cịn được dùng làm phân
bón cho cây trồng. (Lê Thị Thanh Chi et al., 2010). Do đó, nếu chúng ta kết hợp tận
dụng các phế phẩm trên và thực hiện với một quy trình cơng nghệ hợp lý,lượng phế
phẩm trên trở thành sản phẩm phân bón hữu cơ chất lượng cao, đáp ứng cho hoạt động
trồng trọt tại địa phương.
Từ những cơ sở trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Sử dụng bã thải nấm và lục
bình tạo khí sinh học tại phịng thí nghiệm” là có tính khả thi và rất thiết thực.
2. Mục tiêu đề tài

- Xác định khả năng tạo khí của hỗn hợp bã thải nấm và lục bình.
- Xác định tỉ lệ giữa bã thải nấm và lục bình để tạo lượng khí cao nhất.
3. Nội dung nghiên cứu
 Lắp đặt mơ hình lên men yếm khí ủ theo mẻ .
 Vận hành mơ hình lên men yếm khí .
Khảo sát các nghiệm thức:
-

Ảnh hưởng của yếu tố chất mồi đến khả năng sinh khí.


3
-

Ảnh hưởng của yếu tố tỉ lệ phối trộn đến khả năng sinh khí.

4. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng nghiên cứu
- Thực vật thủy sinh: lục bình (bèo tây).
- Bã thải nấm bào ngư.
4.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện ở quy mơ phịng thí nghiệm.
5. Ý nghĩa đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men tạo khí và lượng khí sinh
ra. Nghiên cứu là cơ sở để đánh giá hiệu quả của việc tận dụng lượng lục bình và tái sử
dụng bã thải nấm hay các phụ phẩm nông nghiệp khác để tạo ra các sản phẩm có giá
trị hơn và thân thiện với mơi trường.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tận dụng được lượng phế phẩm trong nơng nghiệp (bã thải nấm và lục bình) để

tạo ra nguồn nguyên liệu chính sản xuất biogas.
Giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế trong
sản xuất.
Đẩy mạnh cơng nghiệp hóa sản xuất.

Nâng cao ý thức tái sử dụng phế phẩm cho mọi người.


4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung nguyên liệu
1.1.1.

Lục bình [3]

1.1.1.1.

Nguồn gốc

Lục bình (tên khoa học là Eichhomia crassipes) là một loài thực vật thuỷ sinh,
nổi trên mặt nước, thuộc Giới Plantae, Ngành Magnoliophyta, Chi (genus): Eichhornia
(Do nhà thực vật học Carl Sigismund Kunth sắp xếp).
Lục bình cịn được gọi là lộc bình. Lồi này có tên là bèo tây trong Tiếng Việt vì
có nguồn gốc nước ngồi đưa vào. Nó cịn có tên là bèo Nhật Bản vì có người cho là
mang từ Nhật Bản về.

Hình 1.1. Lục bình
1.1.1.2.

Thành phần hóa học và giá trị sử dụng

Lục bình có khả năng hấp thu mạnh mẽ các chất dinh dưỡng và các chất hóa học
khác từ mơi trường sinh sống của nó và thành phần hóa học của lục bình phụ thuộc
vào đặc điểm mơi trường sống. Lục bình chứa hàm lượng nước khá cao từ 90 - 95%


5
trọng lượng cơ thể. Hàm lượng vật chất khô (DM) thấp là giới hạn chính cho việc thu
hoạch, chế biến và sử dụng nguồn sinh khối thực vật. Lục bình chứa 2,9% hàm lượng
protein (đạm hữu cơ), 0,9% hydrat carbon (đường bột), 22% cellulose (chất xơ), 1,4%
khoáng tổng số.
Bảng 1.1. Thành phần hóa học của lục bình

Thơng số Abdelhamid Chanakya
(tính theo
và Gabr
et al.
%DM)
(1991)
(1993)

% vật
chất khô
Chất hữu
cơ
Protein
Chất xơ
Tro
Tỉ lệ C/N

Hemi
cellulose
Cellulose
Lignin
Lân
Carbon
Đạm
Magie
Canxi
Kali

Patel
et al.
(1993)

Poldar
et al.
(1991)

Polprassert
et al.
(1980)

9.5

9.4

-

-

-

74.3

83.65

-

83.61

-

20.0
18.9
25.7
-

-

11.9
20.2
-

16.25
16.34
16.39
-

15.8

33.4

33.97

43.4

18.42

-

19.5
9.27
0.53

18.0
26.36
-

17.8
7.8
-

25.61
9.93
0.53

0.5

0.17

0.58
-

-

-

2.76
2.29
2.44

2.9
-

Gunnarsson
và Mattsson
(1997)
Tươi

Khô

35.6
23.5

52.07
25.1

0.26
27.6
1.18

0.32
18.54
0.74

4.53

2.27

(Nguồn: Carina và Cecilia, 2007)
Tại Việt Nam cây bèo lục bình được sử dụng trong y học để chữa sưng tấy hoặc
viêm đau như sưng bắp chuối ở bẹn, tiêm bị áp xe, sưng nách, viêm tinh hoàn, viêm
khớp ngón tay, viêm hạch bạch huyết; dùng làm thức ăn cho người và gia súc, gia cầm;
sử dụng để xử lý ơ nhiễm mơi trường; làm phân bón; sản xuất biogas; trồng nấm...
Trong thời gian khoảng 15 năm gần đây, cây bèo lục bình cịn được sử dụng làm
nguồn nguyên liệu quý và có giá trị cho sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ.


6
1.1.2.

Bã thải nấm [1]

Nguyên liệu đầu vào của sản xuất nấm chủ yếu là rơm rạ, mùn cưa. Đây là
những ngun liệu mà thành phần chính của nó là Xenlulo. Sau quá trình sử dụng để
trồng nấm thì các nguyên liệu này đã bị phân hủy một phần. Tại Viện Sinh học nhiệt
đới, Dương Đức Hiếu và các cộng sự thực hiện vào năm 2012 với đề tài là “Sản xuất
phân hữu cơ sinh học từ chế phẩm mạt cưa sau thu hoạch nấm và chất thải chăn nuôi”
đã phân tích tính chất của bã thải sau trồng nấm được thể hiện ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Tính chất bã thải sau trồng nấm

STT

Chỉ tiêu

1

Kết quả
Đợt 1

Đợt 2

Đợt 3

Photpho tổng số (%)

0,0018

0,04

0,03

2

Nitơ tổng số(%)

0,5

1,2

1,1

3

Độ dẫn điện (mS)

0,54

0,55

0,64

4

Hàm lượng xơ thô (%)

5,2

4,8

1,9

4

Hàm lượng hữu cơ (%)

85

75

79

5

Độ ẩm(%)

58

75

65

6

pH

6,5

7,7

7,2

( Nguồn: Dương Đức Hiếu, 2012)
Kết quả ở bảng 1.2 cho thấy, cả 3 mẫu mạt cưa sau thu hoạch nấm đều có hàm
lượng chất hữu cơ rất cao (dao động từ 75 đến 85%). Độ ẩm của cả 3 mẫu mạt cưa sau
thu hoạch nấm đều phù hợp cho quá trình ủ. Giá trị pH của các mẫu mạt cưa dao dộng
từ 6,5 đến 7,7, đây là khoảng pH thích hợp cho q trình ủ biogas sử dụng mạt cưa sau
thu hoạch nấm. Qua bảng 1.2 cho thấy, hàm lượng xơ thô ban đầu của các nguyên liệu
mạt cưa sau thu hoạch nấm không cao (dao động từ 1,9-5,2%). Hơn nữa, hàm lượng
nitơ tổng số (0,5-1,2%) của nguyên liệu ủ mạt cưa sau thu hoạch nấm lại khá thấp.

1.1.3.

Nước thải chăn nuôi heo sau biogas [4]

Sau khi xử lý bằng cách ủ biogas, các chất hữu cơ có trong nước thải chăn ni
heo được chuyển hóa có hiệu quả: COD giảm 76,3%; SS giảm 86,1% và 51,2% vi sinh


7
vật gây bệnh bị tiêu diệt; nhưng các chất dinh dưỡng (N,P) được xử lí chỉ một phần: N
giảm 11,8%; P giảm 7%.
Trong đó, pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến q trình lên men yếm khí,
pH q thấp hoặc quá cao đều không tốt cho vi khuẩn hoạt động. Trong kết quả nghiên
cứu của Lê Hoàng Việt vào năm 1998, pH của nước thải biogas ở khoảng 6.8, nằm
trong khoảng pH thích hợp 6.6-7.6 cho vi khuẩn sinh trưởng ( Lê Hồng Việt, 1998).
Từ đó ta chọn nước thải chăn nuôi heo sau biogas làm nước mồi.
Nước mồi cho mơ hình ủ biogas giúp cho ngun liệu sinh khí nhanh hơn do có
sẵn các nhóm vi khuẩn lên men yếm khí. Do đó sử dụng nước mồi góp phần làm q
trình yếm khí xảy ra nhanh hơn, thời gian làm thí nghiệm được rút ngắn. Nước mồi là
nguồn dinh dưỡng bổ sung để kích thích hoạt động của vi khuẩn giai đoạn đầu.
1.2. Tổng quan về quá trình lên men lên men tạo khí [5]
1.2.1. Giới thiệu chung về khí sinh học (biogas)
Biogas hay cịn gọi là khí sinh học, là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự
phân huỷ những chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong mơi trường yếm khí.
Biogas là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nitơ, hydro sunfua…trong đó
thành phần chủ yếu là khí mêtan (CH4).
Khí đốt thiên nhiên cũng có chất như khí sinh học. Khí này được hình thành qua
nhiều thời kỳ địa chất nên có hàm lượng mê tan rất cao, thường trên 90%.
1.2.2. Nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học
Nguyên liệu dùng để sản xuất khí sinh học được chia làm 2 loại:

Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Thuộc loại này, phân người và phân gia
súc, gia cầm là phổ biến. Vì được sử lý trong bộ máy tiêu hố nên phân dễ phân huỷ và
nhanh chóng cho khí sinh học. Tuy vậy, thời gian phân huỷ phân khơng dài (2 – 3
tháng) và tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là khơng lớn. Phân trâu, bị, lợn phân
huỷ nhanh hơn. Phân người và phân gà vịt phân huỷ chậm hơn nhưng cho năng suất
cao hơn.


8
Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm phụ phẩm
cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu…và loại cây xanh hoang dại như: bèo,
các cây cỏ sống ở dưới nước… Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứng rất khó bị
phân huỷ. Vì vậy ngun liệu càng già càng khó phân huỷ. Để cho quá trình phân huỷ
được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước (chặt, băm, đạp nhỏ
và ủ sơ bộ hiếu khí) để phá vỡ lớp vỏ cứng và tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tấn
cơng.Q trình phân huỷ của ngun liệu thực vật dài hơn so với phân (có thể tới hàng
năm). Do vậy nguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạp từng mẻ nhỏ, mỗi mẻ
kéo dài từ 3 – 6 tháng.
1.2.3.

Lên men tạo khí

Để sản xuất khí sinh học, người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị khí sinh
học. Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học là những chất hữu cơ như phân động vật,
các loại thực vật như bèo, cỏ, rơm rạ. Nguyên liệu được nạp vào các thiết bị khí sinh
học. Thiết bị giữ kín khơng cho khơng khí lọt vào nên ngun liệu bị phân huỷ kỵ khí
và tạo ra khí sinh học. Một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ
chuyển hóa và sản sinh ra khí sinh học (biogas), có khả năng cháy được với thành
phần chính là metan và cacbon đioxit. Q trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai
đoạn chính:



Giai đoạn 1: Biến đổi chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu cơ đơn giản.
Chất hữu cơ phức tạp:
(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)
Vi khuẩn
Closdium bipiclobacterium, Bacillus gram
âm không sinh bào tử, staphy loccus.

Chất hữu cơ đơn giản
(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)


9


Giai đoạn 2: Hình thành axit.

Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp acetat), các hydrates
carbon acid có phân tử lượng thấp (C 2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH…) và pH
môi trường ở dưới 5 nên gây thối.


Giai đoạn 3: Lên men metan.

Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn
hợp khí: CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang
kiềm).
Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn là vi khuẩn axit hóa và vi
khuẩn metan hóa. Chu trình chuyển chất thải hữu cơ thành biogas qua các phản ứng

phức tạp, về cơ bản có thể chiathành 2 pha chính:


Pha I-pha axit: Bao gồm giai đoạn thủy phân và giai đoạn tạo axit liên

kết với nhau, trong đó các chất thải hữu cơ sẽ chuyển hóa phần lớn thành acetate.


Pha II-pha metan: Là giai đoạn khí CH4 và CO2 được tạo thành.

Q trình phân hủy chất thải hửu cơ thành biogas có thể tóm tắt như sau:
C6H12O6  3CO2 + 3CH4
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình ủ khí sinh học
1.3.1. Ảnh hưởng của pH
pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí
methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ
hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh.


10
1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane:
một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20 – 45 oC, và hai là thermophilic
(nhiệt độ cao) trong vùng nhiệt trên 45oC. Nhiệt độ tối ưu là 35oC cho vùng thứ nhất và
55oC cho vùng thứ hai.
Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến q trình sinh khí. Vi khuẩn
sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ thay đổi cho phép là 10 oC
trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10oC làm vi khuẩn hoạt động kém và gas sẽ khơng được
sinh ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 32 o là thuận lợi cho hoạt
động của vi sinh, sinh khí methane.

1.3.3. Ảnh hưởng của oxy
Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi
sinh vật, vi sinh vật tạo khí trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxy, nếu hầm ủ có oxy thì
hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn.
1.3.4. Ảnh hưởng của độ ẩm
Ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh methane phát triển, ẩm
độ lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lượng khí sinh ra thấp.
1.3.5. Ảnh hưởng của thành phần dinh dưỡng (Hàm lượng chất khơ)
Để đảm bảo q trình sinh khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ
nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của
nguyên liệu phải cấp là C và N; với carbon ở dạng là carbohydrate, còn nitơ ở dạng
nitrate, protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải
đảm bảo tỉ lệ tương ứng C/N. Tỉ lệ thích hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt
động sống của vi sinh vật kỵ khí, trong đó C sẽ tạo năng lượng cịn N sẽ tạo cơ cấu của
tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ C/N = 25/1 – 30/1 thì sự phân hủy kỵ khí
xảy ra tốt.


11
1.3.6. Ảnh hưởng của các độc tố
Trong thực tế cần tránh các chất độc hoá học (thuốc trừ sâu, thuốc sát trùng),
chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn.
1.4. Các phương pháp sản xuất Biogas [2]
1.4.1.

Phương pháp vận hành

Người ta có thể chia các loại hầm ủ theo 3 cách vận hành chính
 Vận hành theo mẻ
Trong cách vận hành này, hầm ủ được nạp đầy nguyên liệu trong một lần, cho

thêm chất mồi đậy kín lại và q 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, tồn bộ các
chất 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 cứ tiếp tục. Theo kiểu vận hành này thì
lượng khí sinh ra hàng ngày khơng ổn định, nó thường cao vào lúc mới nạp và giảm
dần đến cuối chu kỳ..
 Vận hành bán liên tục
Nguyên liệu được nạp vào cho hầm ủ 1 hoặc 2 lần/ngày và cùng một lượng chất
thải của hầm ủ sẽ được lấy ra ngay các thời điểm đó. Kiểu vận hành này thích hợp khi
ta có một lượng chất thải thường xun. Thể tích của hầm ủ phải đủ lớn để làm 2
nhiệm vụ là ủ phân và chứa khí. Theo kiểu vận hành này thì tổng thể tích khí sản xuất
được trên một đơn vị trọng lượng chất hữu cơ thường cao.
 Vận hành liên tục
Ở cách vận hành này việc nạp nguyên liệu và lấy chất thải của hầm ủ ra được tiến
hành liên tục. Lượng nguyên liệu nạp được giữ ổn định bằng cách cho chảy tràn vào
hầm ủ hoặc dùng bơm định lượng. Phương pháp này thường dùng để xử lý các loại
nước thải có hàm lượng chất rắn thấp.
Cũng nên nói thêm rằng nếu khơng có chất thải hầm ủ để làm chất mồi thì phân
gia súc cũng có thể làm chất mồi (trong trường hợp nguyên liệu nạp không phải là
phân người hay phân gia súc). Trong trường hợp này, hầm ủ sẽ hoạt động ổn định sau


12
20 – 30 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành (phụ thuộc vào nhiệt độ, thể tích hầm ủ,
nguyên liệu và lượng chất mồi).
1.4.2.

Phương pháp dùng hầm ủ

 Hầm ủ nắp vịm cố định (Trung Quốc)

Loại hầm này có hầm chứa khí được xây dựng trên phần ủ phân. Do đó, thể tích
của hầm bằng tổng thể tích của hai phần này. Hầm ủ có dạng bán cầu được chơn hồn
tồn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tơ bằng
nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí. Ở phần trên có một nắp đậy được hàn kín
bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy
hầm.
Ở các nước thuộc khu vực nhiệt đới, năng suất khí của các hầm ủ này đạt được từ
3
3
0,3-0,4 m /m

hầm ủ ngày.

Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng có nhược điểm là phần chứa
khí rất khó xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm ủ thấp. Gần đây,
các nhà khoa học của Đức và Thái Lan hợp tác trong việc phát triển hầm ủ biogas ở
Thái Lan đã dùng kỹ thuật CAD (Computer Aid Design) để tính tốn lại kết cấu của
hầm ủ này và cho ra đời mẫu hầm ủ TG-BP (Thai German – Biogas Program). Loại
hầm ủ này đã được Trung tâm Năng lượng mới, Đại học Cần Thơ thử nghiệm và phát
triển có hiệu quả ở miền Nam nước ta.
 Hầm ủ nắp trôi nổi (Ấn Độ)
Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC (được thiết kế
bởi Khadi và Village Industries Commission). Gồm có một phần hầm hình trụ xây
dựng bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trơi nổi trên mặt của
hầm ủ. Chng chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt
tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh. Loại hầm ủ này bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi
trường như nhiệt độ. Nắp hầm ủ dể bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm),
hoặc bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo). Một nhược điểm khác là áp suất
khí thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu… để khắc phục nhược điểm này
người ta thường treo thêm vật liệu nặng vào nắp hầm ủ.

 Hầm ủ có chng chứa khí riêng biệt


13
Loại hầm ủ này có thể giống các loại hầm ủ kể trên nhưng chỉ khác ở chỗ chng
chứa khí nằm riêng. Chng chứa khí này có thể dùng chung cho một vài hầm ủ. Ưu
điểm chính của loại hầm ủ này là khả năng cung cấp khí ổn định (ngay cả trường hợp
ủ theo mẻ) với một áp suất ổn định. Tuy nhiên, loại hầm ủ này không được sử dụng
phổ biến ở các nước đang phát triển.
 Các loại hầm ủ có cung cấp giá bám cho vi khuẩn hoạt động

 Cột lọc yếm khí (Young và Mc. Carty, 1969)
Đây là một loại hình trụ chứa đá, sỏi hoặc một số loại hạt nhựa nhằm cung cấp
giá bám cho các vsv. Các loại nguyên liệu này có tổng diện tích bề mặt càng rộng càng
thích hợp cho việc bám và tạo một lớp màng vsv để phân hủy chất thải.
Loại cột lọc yếm khí này chỉ dùng để xử lý các chất thải hịa tan hoặc nước thải
có hàm lượng vật chất rắn thấp vì các chất rắn dễ gây hiện tượng nghẹt cột lọc.

 Hầm ủ loại UASB
Loại hầm ủ này được thiết kế bởi Lettinga và các ctv vào 1983 ở Netherlands.
Loại hầm ủ này thích hợp cho việc xử lý các chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao
và thành phần vật chất rắn thấp. Hầm ủ gồm 3 phần chính: (a) phần bùn đặc ở dưới
đáy hầm ủ, (b) một lớp thảm bùn ở giửa hầm, (c) dung dịch lỏng ở phía trên. Nước thải
được nạp vào hầm ủ từ đáy hầm, nó đi xuyên qua lớp thảm bùn rồi đi lên trên và ra
ngoài. Các chất rắn sẽ lắng xuống lớp thảm bùn do đó nó có thời gian lưu trữ trong
hầm cao và hàm lượng chất rắn trong hầm tăng. Lúc hầm ủ mới hoạt động khả năng
lắng của các chất rắn thấp nhưng khi nó đã được tích trữ nhiều và tạo thành các hạt
bùn thì khả năng lắng tăng lên và sẽ góp phần giữ lại các vsv hoạt động. Khoảng 80 –
90% quá trình phân hủy diễn ra ở thảm bùn này. Thảm bùn chiếm 30% thể tích của
hầm ủ UASB.

1.5. Ứng dụng của biogas [2]
1.5.1.

Ứng dụng trong nông nghiệp

Nguyên liệu khi được nạp vào thiết bị biogas sẽ bị biến đổi và một phần chuyển
hóa thành biogas. Phần còn lại là bã đặc và nước thải lỏng. Bã thải là sản phẩm thứ hai
rất có giá trị của thiết bị biogas. Nó có thể được dùng vào nhiều mục đích.
Làm phân bón: Phân Biogas có tác dụng như sau:


14
+ Tăng năng suất cây trồng
+ Hạn chế sâu bệnh
+ Nâng cao độ phì cho đất
Cơ giới hóa nơng nghiệp:
Biogas được dùng như một loại nhiên liệu chất lượng cao để cơ giới hóa, điện
khí hóa nơng nghiệp: biogas được sử dụng để chạy các máy phát điện có cơng suất nhỏ
ở quy mơ hộ gia đình và một số động cơ khác. Cụ thể như sau:
+ Mỗi một mét khối biogas thắp sáng một ngọn đèn 60W trong 6 – 7 giờ,
hoặc chạy động cơ đốt trong 1 mã lực làm việc được 2 giờ tương đương
với năng lượng của 0,6 – 0,7 kg xăng.
+ Biogas cũng có thể sản ra được 1,25kWh điện năng.
Các mục đích khác:
Xử lý hạt giống trước khi gieo trồng, nuôi thủy sản, trồng nấm, nuôi giun…
Nước thải sau khi qua biogas dùng để nuôi tảo, bèo làm thức ăn bổ sung cho gia súc,
gia cầm...Biogas còn được sử dụng như một loại năng lượng được dùng trong: máy ấp
trứng, úm gà con, nuôi tầm, sưởi nhà kính,…Ngồi ra, biogas cịn có thể dùng để bảo
quản rau, quả, ngũ cốc.
1.5.2.

Ứng dụng trong công nghiệp

Trong cơng nghiệp, người ta tinh chế khí biogas để tăng hàm lượng metan, bỏ
các thành phần có hại như SOx, H2S, ... để tăng chất lượng gần như khí thiên nhiên.
Khí sau khi tinh chế được sử dụng để phát điện, dùng làm nhiên liệu cho các phương
tiện giao thông như xemays, ơ tơ hay thậm chí là tàu hỏa...
1.5.3.

Các ứng dụng khác

Với quy mơ nhỏ, hộ gia đình thì biogas có nhiều ứng dụng thiết thực vào đời
sống như:
-

Đun nấu: như khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG)
Thắp sáng: đèn mạng biogas
Chạy động cơ đốt trong: thay thế xăng, dầu diezen; cung cấp động lực chạy

-

máy xay xát, máy bơm nước hoặc kéo máy phát điện...
Nồi cơm điện, máy nước nóng, chạy tủ lạnh,…

1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: