- KHẢ NĂNG SINH KHÍ BIOGAS CỦA RƠM VÀ LỤC BÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP Ủ YẾM KHÍ THEO MẺ. - Nghiên cứu được thực hiện nhằm chọn hàm lượng rơm và lục bình phù hợp để sản xuất khí sinh học theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ. - Thí nghiệm được bố trí theo kiểu hồn tồn ngẫu nhiên một nhân tố trong bình ủ 120 mL, với 5 hàm lượng rơm và 5 hàm lượng lục bình khác nhau gồm và 30 gVS. - Kết quả nghiên cứu cho thấy với rơm ở hàm lượng từ 15 - 20 gVS. - L -1 cho năng suất sinh khí cao nhất mL.gVS nạp -1 ) (p<0,05), với các hàm lượng khác năng suất khí dao động từ mL.gVS nạp -1 . - Với Lục bình với hàm lượng VS từ 2 – 2,5 % cho năng suất sinh khí cao nhất mL.gVS nạp -1 ) (p<0,05), các hàm lượng chất rắn khác cho năng suất dao động từ mL.gVS nạp -1 . - Sau 20 ngày ủ, nồng độ khí mê-tan ở các nghiệm thức rơm cao hơn 40%, ở mức nồng độ này cĩ thể sử dụng cho đun nấu trong gia đình, trong khi các nghiệm thức lục bình cĩ nồng độ khí mê-tan ở mức thấp hơn 20%.. - Nghiệm thức lục bình 25 gVS. - L -1 sau 25 ngày và nghiệm thức 30 gVS. - Nghiên cứu cho thấy nghiệm thức rơm 2%VS và nghiệm thức lục bình 2,5% VS thích hợp lựa chọn để sản xuất khí sinh học.. - Khả năng sinh khí biogas của rơm và lục bình theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ với hàm lượng chất rắn khác nhau. - Trong hầu hết các nước, lục bình (Eichhornia crassipes) được xem là một mối đe dọa lớn đối với nơng nghiệp, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh và làm tắc nghẽn giao thơng đường thủy do tốc độ tăng trưởng và phát triển nhanh chĩng (Haley et al., 1996. - Sinh khối hàng năm của lục bình là khoảng 90-140 tấn chất khơ/ha tùy thuộc vào yếu tố địa lý và khí hậu (Nigam, 2002;. - Hiện nay, lục bình hiện diện trên khắp các con sơng và kênh rạch ở vùng ĐBSCL. - Các nghiên cứu gần đây cho thấy rơm và lục bình là một trong những nguồn nguyên liệu sẵn cĩ ở ĐBSCL và cĩ khả năng sản xuất khí sinh học tốt (Singhal and Rai, 2003. - (2014) và một số nghiên cứu cĩ liên quan khác chỉ đánh giá khả năng sinh khí của lục bình hoặc rơm khi phối trộn với phân heo ở những tỉ lệ khác nhau và khả năng sinh khí của lục bình hoặc rơm ở các kích cỡ khác nhau mà chưa đánh giá khả năng sử dụng sinh khối lục bình hoặc rơm sản xuất khí sinh học ở những hàm lượng khác nhau. - Trong khi đĩ, nếu hàm lượng nguyên liệu quá cao sẽ làm pH của mơi trường xuống thấp gây ức chế hoạt động của vi khuẩn mê- tan, đồng thời làm tắc nghẽn túi ủ. - Nếu nạp quá ít thì dẫn đến khả năng sinh khí thấp (Lê Hồng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013). - Do vậy, tìm ra hàm lượng rơm và lục bình thích hợp là rất cần thiết để bổ sung cho túi ủ dẫn đến khả năng sinh khí cao.. - Xuất phát từ những vấn đề trên nghiên cứu “Khả năng sinh khí biogas của rơm và lục bình theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ với hàm lượng chất rắn khác nhau” được thực hiện nhằm chọn hàm lượng rơm và lục bình phù hợp để sản xuất khí sinh học theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ.. - nghiền nhỏ rơm và lục bình nhằm gia tăng diện tích bề mặt tiếp xúc cho vi sinh vật, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy nhanh hơn.. - Sau khi nghiền nhỏ, rơm và lục bình được phân tích các thơng số %VS, %C, %N và tỷ số C/N.. - Bảng 1: Đặc điểm rơm và lục bình Đặc điểm Nguyên liệu nạp. - Trong điều kiện thực tế, rơm và lục bình thường được thu gom theo từng đợt hoặc khi thu hoạch lúa đồng loạt. - Ngồi ra, hầu hết các nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình đều ứng dụng ủ yếm khí theo mẻ (Cundr and Haladova, 2014. - Hình 1: Mơ hình bố trí thí nghiệm tỷ lệ nạp rơm và lục bình. - Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp hồn tồn ngẫu nhiên một nhân tố với 5 hàm lượng rơm và 5 hàm lượng lục bình khác nhau gồm và 30 gVS. - 2,5 và 3,0%VS], mỗi nghiệm thức 5 lần lặp lại. - 2 phần: phần thu mẫu khí và phần thu các chỉ tiêu mơi trường (pH, VFAs) nhằm tránh ảnh hưởng đến khả năng sinh khí của thí nghiệm.. - Bảng 2: Hàm lượng rơm và lục bình trong thí nghiệm. - 1,0%VS . - 2,0%VS . - 2,5%VS . - 3,0%VS . - Năng suất sinh khí tính trên nguyên liệu nạp được tính tốn theo cơng thức sau:. - NSSK: Năng suất sinh khí (mL/gVS nạp. - Các số liệu sau khi đo đạc và phân tích được tổng hợp và xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel 2013, các biểu đồ được vẽ bằng phần mềm Sigmaplot 12.5, kiểm tra tính đồng nhất của phương sai trước khi thực hiện thống kê, so sánh tổng thể tích khí tích dồn và năng suất sinh khí giữa các nghiệm thức được thực hiện theo phương pháp phân tích phương sai với thí nghiệm một nhân tố (ANOVA) với phép thử Duncan ở độ tin cậy 95% bằng phần mềm IBM SPSS 20.. - 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Diễn biến pH và VFAs trong mẻ ủ Kết quả cho thấy giá trị pH của các nghiệm thức rơm giảm thấp trong 10 ngày đầu sau đĩ cĩ xu hướng tăng dần và dao động ổn định trong khoảng 5,8 - 6,2. - Giá trị pH của các nghiệm thức lục bình nhỏ hơn 5,5 và cĩ xu hướng giảm trong suốt quá trình thí nghiệm là do trong lục bình chứa các chất hữu cơ khĩ phân hủy như Hemicellulose, cellulozo, lignin dẫn đến quá trình thủy phân sinh ra các axit kéo dài. - Giá trị pH thấp hơn 5,5 gây bất lợi cho quá trình phân hủy làm quá trình sinh khí bị kiềm hãm và sản lượng khí mê-tan sẽ giảm 75% (Jain and Mattiasson, 1998. - Trong nghiên cứu này pH thấp cĩ thể gây bất lợi cho vi sinh vật sinh khí mê-tan. - Hình 2: Diễn biến giá trị pH của các nghiệm thức nạp rơm (A) và lục bình (B). - 6.5 1,0 %VS WH. - Kết quả nghiên cứu hàm lượng tổng VFAs của các nghiệm thức rơm cho thấy khi pH trong hỗn hợp ủ giảm thì VFAs tích lũy tăng lên trong khoảng thời gian 10 ngày đầu sau đĩ cĩ xu hướng giảm cho đến ngày 45 (Hình 3). - Riêng đối với các nghiệm thức nạp nguyên liệu lục bình VFAs cĩ xu hướng tăng trong suốt quá trình thí nghiệm (45 ngày), nguyên nhân cĩ thể là do quá trình thủy phân. - diễn ra mạnh làm pH giảm thấp gây ức chế vi sinh vật sinh khí mê-tan. - Kết quả đo đạc thể tích khí sinh học sinh ra theo chu kỳ 5 ngày của các nghiệm thức rơm tập trung ở giai đoạn từ ngày 10 đến ngày 25 chiếm hơn 53%. - Lượng khí sinh ra cực đại vào ngày 20 của các nghiệm thức rơm 1%VS. - 2,0%VS. - Hình 4A cho thấy ở các nghiệm thức của nguyên liệu rơm cĩ 2 đỉnh sinh khí vào ngày 20 và 35 cĩ thể là do rơm cĩ thành phần hữu cơ khĩ phân hủy như lignin-xenlulozo (Ponnamperuma, 1984), đồng thời đây là nguyên liệu thực vật dễ xảy ra hiện tượng nổi nên vào ngày 35 mới được phân hủy. - Đối với nguyên liệu lục bình, lượng khí sinh ra thấp và cĩ xu hướng giảm, nguyên nhân là do pH trong thí nghiệm này nhỏ hơn 5,5 gây ức chế vi sinh vật sinh khí mê-tan.. - sinh ra của các nghiệm thức rơm và lục bình trong 45 ngày dao động lần lượt từ 46,6 đến 131,0 mL và 17,7 mL đến 52,5 mL (Hình 5). - Trong đĩ, nghiệm thức 2,5%VS cho tổng lượng khí tích dồn cao nhất với nguyên liệu nạp rơm (131 mL) và lục bình (52,5 mL). - Tổng lượng khí tích dồn của nghiệm thức. - Đối với nguyên liệu. - 2,5%VS WH 3,0%VS WH. - lục bình, kết quả thống kê cho thấy, hàm lượng 2,5%. - VS và 3,0%VS cĩ tổng lượng khí tích dồn khơng cĩ sự khác biệt (p>0,05), tuy nhiên khác biệt so với nghiệm thức 2,0%VS. - Đối với hàm lượng 3,0%VS, lượng chất hữu cơ cao sẽ làm tích tụ các axit béo do các vi khuẩn ở giai đoạn sinh khí mê-tan khơng sử dụng kịp làm giảm pH gây bất lợi cho các vi khuẩn sinh. - khí mê-tan (Lê Hồng Việt và Nguyễn Võ Châu Ngân, 2015). - Với các hàm lượng 1,0%VS và 1,5%VS, lượng chất hữu cơ quá ít, khơng đủ nguồn cacbon cho vi sinh vật sinh khí mê-tan. - Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng rơm 2,5% VS và 2,0%VS, hàm lượng lục bình 2,5%VS cĩ thể lựa chọn để sản xuất khí sinh học.. - Hình 5: Tổng thể tích biogas tích dồn trong 45 ngày của nguyên liệu nạp rơm (A) và lục bình (B) Ghi chú: các đường cĩ ít nhất một chữ cái giống nhau thì khác biệt khơng cĩ ý nghĩa (Duncan test, p>0,05) 3.2 Năng suất sinh khí biogas. - Kết quả cho thấy năng suất sinh khí của các nghiệm thức rơm và lục bình dao động lần lượt từ 47,3 mL/gVS nạp – 70,4 mL/gVS nạp và 18,9 mL/gVS nạp – 23,4 mL/gVS nạp . - Trong đĩ, năng suất sinh khí cao nhất ở nghiệm thức rơm 2,0%VS (70,4 mL/gVS nạp ) và nghiệm thức lục bình 2,5%VS (23,4 mL/gVS nạp. - nghiệm thức cĩ năng suất sinh khí thấp nhất là nghiệm thức rơm 3% VS và lục bình. - 1,0%VS. - Nghiên cứu cho thấy nghiệm thức 2,0%VS cĩ năng suất sinh khí khác biệt so với các nghiệm thức 3,0%VS, 2,5%VS và 1,0%VS đối với nguyên liệu nạp rơm (p<0,05). - Trong khi đĩ, với nguyên liệu nạp lục bình, hàm lượng 2,5%VS và 2,0%VS cĩ năng suất sinh khí khơng cĩ sự khác biệt (p>0,05), tuy nhiên khác biệt so với các nghiệm thức 3,0%VS, 1,5%VS và 1,0%VS (p<0,05). - Điều này chứng tỏ tỷ lệ nạp ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất sinh khí.. - Hình 6: Năng suất sinh khí biogas của các nghiệm thức nạp rơm (A) và lục bình (B) Ghi chú: Cột ghi chú các chữ cái khác nhau thể hiện sự khác biệt cĩ cĩ ý nghĩa (Duncan test, p<0,05) Trong điều kiện thực tế, hàm lượng rơm và lục. - bình quá cao sẽ gây tích tụ các a-xít hữu cơ làm giảm pH, gây ức chế vi sinh vật sinh khí mê-tan, đồng thời dễ làm làm tắc nghẽn túi ủ do hàm lượng chất xơ khĩ phân hủy cao. - Trong khi đĩ, nếu nạp quá ít sẽ dẫn đến khả năng sinh khí thấp (Lê Hồng Việt và Nguyễn Hữu Chiếm, 2013) khơng đủ cho nhu cầu sử dụng. - Tương tự, túi ủ nạp 100% lục bình cũng vận hành đến ngày 27.. - (2015) đã cho thấy khuyết điểm khi sử dụng rơm và lục bình trong ủ yếm khí bán liên tục - ứng dụng trên túi ủ polyethylene là túi dễ bị đầy. - Nghiệm thức. - 1,0%VS 1,5%VS 2,0%VS 2,5%VS 3,0%VS. - Năng suất sinh khí (mL/g VS nạp). - c a (A) 1,0%VS RO. - là một phương pháp cĩ tính khả thi cao trong sản xuất khí sinh học đối với nguyên liệu nạp rơm và lục bình. - Kết quả nghiên cứu đã cho thấy hàm lượng rơm (2%VS) và lục bình (2,5% VS) thích hợp để ứng dụng trong điều kiện thực theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ.. - 3.3 Nồng độ khí mê-tan. - Kết quả nghiên cứu cho thấy các nghiệm thức rơm 1,0%VS. - Đối với nghiệm thức lục bình nồng độ khí CH 4. - trung bình trong 45 ngày của các nghiệm thức 1,0%VS. - 2,5%VS và 3,0%VS lần lượt là 16,7%. - Nguyên nhân nồng độ khí mê-tan đối với nghiệm thức nạp lục bình thấp trong suốt quá trình thí nghiệm do VFAs cao khơng được vi sinh vật sinh khí mê-tan chuyển hĩa, kết quả lượng khí CO 2 sinh ra cao (Hình 7).. - Hình 7: Nồng độ khí mê-tan của các nghiệm thức nạp rơm (A) và lục bình (B) 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT. - Tổng lượng khí tích dồn cao nhất ở nghiệm thức rơm 2,5% VS khơng khác biệt so với hàm lượng 3,0%VS và 2,0%VS nhưng cao hơn so với nghiệm thức 1,0%VS và 1,5%VS. - Tổng lượng khí tích dồn cao nhất ở hàm lượng lục bình 2,5%VS khơng khác biệt so với 3%VS nhưng khác biệt so với hàm lượng 1,0%VS. - Năng suất sinh khí của nguyên liệu nạp rơm cao nhất ở hàm lượng 2,0%VS cao hơn so với nghiệm thức 1,0%VS. - 2,5%VS và 3,0%VS. - Trong khí đĩ, năng suất sinh khí của các nghiệm thức nạp lục bình cao nhất ở hàm lượng 2,5%VS khơng khác biệt so với nghiệm thức 2,0%VS và khác biệt so với nghiệm thức 1,0%VS, 1,5%VS và 3,0%VS.. - Nồng độ khí CH 4 của các nghiệm thức nạp rơm thấp trong 20 ngày đầu, sau đĩ nồng độ khí CH 4 tăng dần và luơn cao hơn 40%. - Nồng độ CH 4 ở các nghiệm thức nạp bằng lục bình thấp hơn so với nạp bằng rơm.. - Hàm lượng rơm ở mức 2%VS và 2,5%VS đối với lục bình thích hợp để sản xuất khí sinh học theo phương pháp ủ yếm khí theo mẻ trong điều kiện thực tế.. - Cần nghiên cứu kiểm sốt pH trong các mẻ ủ cĩ hàm lượng hữu cơ cao nhằm tạo mơi trường tối ưu cho vi sinh vật sinh khí mê-tan.. - Cĩ thể ứng dụng phương pháp ủ yếm khí theo mẻ để sản xuất khí sinh học với hàm lượng rơm 2%VS và hàm lượng lục bình 2,5%VS trong điều kiện thực tế.. - Khả năng sử dụng lục bình và rơm làm nguyên liệu nạp bổ sung cho hầm ủ biogas. - Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ rơm và lục bình