- SO SÁNH KHẢ NĂNG SINH KHÍ CỦA MẺ Ủ YẾM KHÍ BÁN LIÊN TỤC VỚI CÁC NGUYÊN LIỆU NẠP KHÁC NHAU KHI CÓ VÀ KHÔNG CÓ NẤM TRICHODERMA. - Thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng sinh khí của quá trình lên men yếm khí bán liên tục phân heo (PH) và lục bình (LB) trong trường hợp có hoặc không có bổ sung nấm Trichoderma. - Các thí nghiệm với hỗn hợp nguyên liệu nạp 75% PH và 25% LB (tính theo hàm lượng vật chất khô của nguyên liệu nạp) được tiến hành trên các mô hình lên men yếm khí bán liên tục trong điều kiện phòng thí nghiệm. - Sau 35 ngày lên men, tổng thể tích khí sinh ra từ hai nhóm nghiệm thức có hoặc không có bổ sung nấm Trichoderma là 301,43 lít và 293,09 lít, trong đó thể khí mêtan tương ứng là 171,20 lít và 165,11 lít.. - Thống kê kết quả đo đạc cho thấy sự khác biệt không có ý nghĩa giữa hai nhóm nghiệm thức nêu trên ở mức 5%. - Như vậy trong điều kiện thí nghiệm, lục bình ngâm nước hầm ủ sau 2 ngày có thể kết hợp với phân heo để nạp vào mẻ ủ yếm khí mà không cần thiết xử lý bằng nấm Trichoderma.. - Từ khóa: ủ yếm khí bán liên tục, nấm Trichoderma, lục bình 1 MỞ ĐẦU. - Trong khi đó, một số nghiên cứu cơ bản đã cho thấy lục bình (Eichornia crassipes. - trên kênh rạch ở ĐBSCL - có thể là một nguồn nguyên liệu tiềm năng cung cấp cho các hầm ủ biogas (Panning, 2003. - Với thành phần cấu tạo có hàm lượng chất xơ 23,4% (Philipp et al., 1983, trích từ Boyd và Blackburn, 1970), lục bình nếu đưa vào mẻ ủ yếm khí kết hợp với chất thải chăn nuôi có thể làm kéo dài quá trình phân hủy trong mẻ ủ. - Ở ĐBSCL, Kha Mỹ Khanh (1990) đã nghiên cứu về khả năng sinh khí của lục bình trong mẻ ủ yếm khí theo mẻ với các cách tiền xử lý lục bình khác nhau. - Kết quả cho thấy lục bình được xử lý sẽ sinh khí nhanh hơn so với không xử lý, hiệu quả sinh khí của mẻ ủ yếm khí lục bình có chiều hướng tăng khi kéo dài thời gian thủy phân lục bình trước khi ủ, và nếu lục bình được cắt ngắn 3 cm thì xử lý với thời gian ủ chua thích hợp là từ 4 đến 6 ngày.. - Trong thời gian qua Khoa Nông nghiệp &. - Hồ Chí Minh, dòng nấm Trichoderma có khả năng sinh tổng hợp các enzyme cellulase, chitinase, protease, pectinase, amlylase nên có khả năng phân giải tốt các chất xơ, chitin, lignin, pectin trong phế thải hữu cơ thành các đơn chất dinh dưỡng, tạo điều kiện cho cây hấp thu được dễ dàng. - Dựa vào đặc tính phân giải chất xơ của nấm Trichoderma, thí nghiệm này được tiến hành nhằm nghiên cứu ảnh hưởng của dòng nấm này trên cây lục bình như một biện pháp tiền xử lý lục bình trước khi đưa vào mẻ ủ yếm khí.. - Nghiên cứu của chúng tôi nhằm khảo sát khả năng sinh khí mê-tan của quá trình ủ yếm khí bán liên tục hỗn hợp phân heo và lục bình khi có hoặc không có bổ sung nấm Trichoderma. - Giả thuyết đặt ra là việc bổ sung nấm Trichoderma sẽ thúc đẩy quá trình phân hủy của lục bình, và khi đó lượng khí sinh ra từ mẻ ủ sẽ cao hơn.. - 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Địa điểm và thời gian thực hiện. - Địa điểm thực hiện: các thí nghiệm được bố trí trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm và Đa dạng Sinh học Hòa An, Đại học Cần Thơ.. - Thời gian tiến hành thí nghiệm: từ ngày 6/11/2008 đến . - 2.2 Chuẩn bị thí nghiệm. - 2.2.1 Chuẩn bị mô hình thí nghiệm. - Thí nghiệm ủ yếm khí bán liên tục được tiến hành với các túi ủ thể tích 50 lít chế tạo bằng vải bạt nhựa dày 0,5 mm. - Khi bố trí thí nghiệm chỉ nạp 40 lít nguyên liệu (tạm tính 40 kg) nhằm đảm bảo an toàn cho túi ủ trong quá trình sinh khí. - Lượng khí sinh ra từ quá trình ủ sẽ được trữ vào các túi nhôm.. - 2.2.2 Chuẩn bị nguyên liệu nạp. - Các nguyên liệu nạp cho quá trình ủ được chuẩn bị như sau:. - Lục bình (LB): chỉ lấy phần thân và lá LB cắt nhỏ từ 0,5 đến 1,5cm đem phơi trong mát ở nhiệt độ 25±4 o C trong 7 ngày. - (1992) đã đề cập đến việc phơi khô lục bình dưới ánh nắng nhằm làm tăng hàm lượng chất rắn trước khi đưa vào mẻ ủ.. - Nước hầm ủ: để đẩy nhanh quá trình sinh khí, khoảng 2 m 3 nước thải đầu ra từ hầm ủ biogas 100 m 3 tại Hòa An đã được chuẩn bị để nạp vào các mẻ ủ lúc ban đầu và hàng ngày trong suốt quá trình thí nghiệm.. - Hình 1: Chuẩn bị nguyên liệu nạp gồm lục. - bình (trên) và phân heo (dưới) Hình 2: Bố trí thí nghiệm nạp nguyên liệu bán liên tục. - 2.3 Bố trí thí nghiệm. - Trước khi tiến hành thí nghiệm, thành phần vật chất của nguyên liệu nạp được phân tích để tính toán tỉ lệ phối trộn của hỗn hợp nguyên liệu nạp ở 75% PH + 25% LB. - Tỉ lệ phối trộn này được thực hiện tương tự với thí nghiệm theo mẻ trình bày bởi Nguyen Vo Chau Ngan et al., (2011). - Việc chọn tỉ lệ 75% PH + 25% LB nhằm xem phân heo vẫn là nguồn nguyên liệu nạp chính cho hầm ủ biogas và lục bình chỉ là nguồn nguyên liệu nạp bổ sung.. - Hàng ngày các túi ủ được nạp thêm nguyên liệu vào cùng một thời điểm. - Nguyên liệu nạp là LB ngâm trong nước hầm ủ trước đó 2 ngày, kết hợp với PM khô.. - Trong thí nghiệm này thời gian ủ rút ngắn còn 2 ngày so với đề nghị của Kha Mỹ Khanh (1990) để có thể phù hợp khi triển khai trong thực tế cho các hộ dân. - Tổng lượng hỗn hợp nguyên liệu nạp thêm cho một túi ủ là 1.000 g bao gồm 46,87 g PH, 15,63 g LB và 0,94 lít nước hầm ủ.. - Các thí nghiệm ủ bán liên tục được tiến hành với 3 nghiệm thức khác nhau, mỗi nghiệm thức được lặp lại 3 lần đảm bảo độ tin cậy của thí nghiệm:. - Nghiệm thức C1: LB khô ngâm trong nước hầm ủ 2 ngày, sau đó chỉ lấy riêng phần nước nạp vào túi ủ chung với PH. - Nghiệm thức C2: thực hiện tương tự nghiệm thức C1 nhưng đưa vào túi ủ cả nước và bã LB.. - Nghiệm thức C2_T: chuẩn bị giống nghiệm thức C2 nhưng có bổ sung nấm Tricô-ĐHCT cung cấp bởi Công ty Cổ phần Bảo vệ Thực vật An Giang. - Nấm được đưa vào khi bắt đầu ngâm LB vào nước hầm ủ với l ượng bổ sung 0,01g nấm cho 1 lít hỗn hợp nguyên liệu nạp.. - Đối với các hầm ủ biogas thực tế, việc phu nước dội rửa chuồng trại đưa phân heo vào hầm ủ chính là quá trình khuấy đảo để trộn lẫn hỗn hợp ủ bên trong, giúp phá váng nổi trên bề mặt hầm ủ tạo điều kiện cho khí thoát lên dễ dàng, đồng thời tránh lắng cặn xuống đáy hầm làm mất đi thể tích hữu dụng của hầm biogas. - Tuy nhiên đối với các túi ủ thí nghiệm, quá trình nạp nguyên liệu không đủ mạnh để khuấy đảo mẻ ủ nên hàng ngày sau khi đo khí các túi ủ được lắc đảo nhẹ. - Việc lắc đảo này hoàn toàn không cung cấp oxy vào bên trong mẻ ủ mà chỉ nhằm thúc đẩy quá trình sinh khí của mẻ ủ.. - Quá trình thí nghiệm kéo dài 35 ngày, các chỉ tiêu thí nghiệm đã được thu thập và phân tích trong suốt thời gian đó.. - Đối với nguyên liệu đầu vào (phân heo, lục bình, nước hầm ủ): xác định các thông số DM, ODM, %C, %N.. - Đối với nước thải trong quá trình thí nghiệm: tiến hành đo pH và hệ đệm hàng tuần.. - Đối với khí gas: hàng ngày đo thể tích khí sinh ra. - 3.1 Kết quả phân tích nguyên liệu dùng trong thí nghiệm. - Bảng 2: Đặc tính hóa học của nguyên liệu nạp. - Nguyên liệu DM. - C/N Phân heo . - Lục bình . - Dựa vào bảng 2, ta thấy tỉ lệ C/N của PH và LB đều nằm trong khoảng thích hợp cho quá trình phân hủy yếm khí bảo đảm tỉ lệ C/N của hỗn hợp phối trộn cũng phù hợp cho mẻ ủ.. - 3.2 Thể tích biogas sinh ra. - Lượng khí sinh ra từ túi ủ được chứa vào túi nhôm và tiến hành đo đạc hàng ngày bằng đồng hồ đo khí Ritter. - Kết quả ghi nhận thể tích biogas đo được hàng ngày của tất cả các nghiệm thức có xu hướng tăng liên tục từ tuần thứ nhất đến cuối tuần thứ 4, sau đó thể tích khí tăng chậm và ít biến động (hình 3). - Trong 35 ngày thí nghiệm, sản lượng khí sinh ra cao nhất của nghiệm thức C1 ở ngày thứ 34 (8,08 lít), C2 ở ngày thứ 25 (13,63 lít) và C2_T ở ngày thứ 33 (14,13 lít). - Nghiệm thức C1 có sản lượng khí sinh ra thấp nhất trong các nghiệm thức thí nghiệm, nguyên nhân là do nguyên liệu nạp chỉ là phân heo và nước ép lục bình nên hàm lượng ODM của nghiệm thức này thấp nhất. - Kết quả xử lý thống kê ANOVA cũng cho thấy thể tích biogas sinh ra giữa các cặp nghiệm thức C1 và C2, C1 và C2_T khác biệt ở mức ý nghĩa 5%. - Như vậy việc đưa vào mẻ ủ yếm khí cả nước và bã LB sau khi ngâm LB khô với nước hầm ủ 2 ngày đã gia tăng đáng kể lượng khí sinh ra so với trường hợp chỉ đưa duy nhất nước ngâm LB vào mẻ ủ. - (2011) cũng thu được kết quả tương tự khi thực hiện thí nghiệm ủ yếm khí theo mẻ hỗn hợp PH và LB trước đó.. - Hình 4 trình bày sản lượng khí tích lũy theo ngày của các nghiệm thức thí nghiệm.. - Theo đó tổng lượng khí sinh ra trong 35 ngày đạt giá trị cao nhất ở nghiệm thức C2_T (301,43 lít), tiếp theo là nghiệm thức C2 (293,09 lít) và thấp nhất là nghiệm thức C1 (162,87 lít). - Tuy nhiên, nếu so sánh giữa nghiệm thức C2 và C2_T, hàm lượng khí sinh ra hàng ngày giữa 2 nghiệm thức không có sự khác biệt có ý nghĩa ở mức 5%. - Hay nói khác đi việc bổ sung nấm Trichoderma vào mẻ ủ không có tác dụng đẩy nhanh tốc độ phân hủy cơ chất trong nguyên liệu nạp.. - Hình 3: Biểu đồ thể tích biogas hàng ngày của các nghiệm thức. - Hình 4: Biểu đồ lũy tích thể tích biogas hàng ngày của các nghiệm thức. - Riêng hàm lượng oxy trong mẻ ủ được ghi nhận từ là do thí nghiệm nạp bán liên tục, hàng ngày chúng tôi đều nạp nguyên liệu vào túi ủ nên có thể oxy từ không khí bên ngoài hòa trộn vào nguyên liệu và đi vào túi ủ. - Hàm lượng oxy trong biogas có thể lên đến 1% (ADBA, 2009), như vậy hàm lượng oxy trong thí nghiệm này là chấp nhận được và không gây ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của hệ vi sinh vật yếm khí.. - của các nghiệm thức đo theo tuần trình bày trong hình 5. - Thành phần % CH 4 của các nghiệm thức dao động từ 53,8% đến 67,03% và không có sự biến động lớn.. - Hình 5: Trung bình % CH 4 của các nghiệm thức. - 3.4 Các thông số kiểm soát quá trình ủ yếm khí. - Trong giai đoạn đầu của quá trình ủ yếm khí các chất hữu cơ dễ phân hủy bị thủy phân và sinh a-xít khiến pH xuống thấp. - Để hệ vi khuẩn yếm khí hoạt động trong môi trường trung tính không bị sốc bởi pH thấp, hệ đệm trong hầm ủ có nhiệm vụ. - trung hòa, nâng độ pH lên để cho vi khuẩn sinh khí mêtan hoạt động. - Việc theo dõi trị số của hệ đệm có thể cảnh báo trước khi độ pH trong mẻ ủ giảm làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ vi khuẩn sinh khí mêtan. - Giá trị hệ đệm 4 tuần cuối nằm trong khoảng 383 đến 876 mlít/lít (hình 6).. - (2008), hệ đệm là một thông số nhằm đảm bảo tiến trình sinh khí ổn định và chỉ số hệ đệm nên được duy trì ở mức bằng hay cao hơn 1000 mlít/lít.. - Để đạt được chỉ số hệ đệm ổn định đó thì mẻ ủ cần một thời gian hoạt động trên 2 tháng. - Trong thí nghiệm này hệ đệm chỉ ghi nhận trong 5 tuần đầu, khi đó mẻ ủ chưa đạt đến trạng thái hoạt động ổn định nên giá trị hệ đệm còn thấp.. - Hình 6: Diễn biến hệ đệm trong thời gian thí nghiệm. - Diễn biến giá trị pH của tất cả các nghiệm thức được ghi nhận trong suốt 5 tuần từ 6,73 đến 7,23 là khá ổn định và nằm trong khoảng tối ưu phù hợp với giá trị pH được đề nghị duy trì trong mẻ ủ yếm khí (Lâm Minh Triết và Lê Hoàng Việt, 2009). - Giá trị pH ổn định chứng tỏ hệ đệm của hỗn hợp trong hầm ủ đủ để duy trì cho mẻ ủ hoạt động tốt.. - Hình 7: Diễn biến pH trong thời gian thí nghiệm. - Một số kết luận được rút ra sau 5 tuần thí nghiệm như sau:. - Việc nạp vào mẻ ủ cả nước và bã lục bình sau khi ngâm lục bình khô trong. - nghĩa 5% so với nghiệm thức chỉ nạp duy nhất nước ngâm lục bình mà không nạp bã lục bình.. - Trong quá trình ủ yếm khí hỗn hợp phân heo và lục bình, thể tích khí sinh ra giữa việc ngâm lục bình với nước thải hầm ủ có bổ sung nấm Trichoderma và không bổ sung nấm Trichoderma không khác biệt ở mức ý nghĩa 5%.. - Như vậy việc bổ sung nấm Trichoderma với mục đích tăng hiệu quả xử lý lục bình trước khi đưa vào mẻ ủ đã không làm tăng năng suất sinh khí biogas so với việc không bổ sung nấm Trichoderma như dự kiến.. - Trong thí nghiệm này, lục bình khô chỉ được ngâm vào nước hầm ủ trong 2 ngày, và như vậy nấm Trichoderma cũng chỉ có thời gian tiếp xúc với lục bình trong 2 ngày. - Do đó những ảnh hưởng về thời gian ngâm lục bình trong nước hầm ủ đến năng suất sinh khí chưa được xác định. - Kiểm soát quá trình - pH, khả năng đệm và chất thêm vào như là những chất đệm. - Đánh giá một số phương pháp xử lý lục bình để làm nguyên liệu nạp cho hầm ủ biogas. - Ảnh hưởng của sự thay thế phân heo bằng nguồn thực vật với các mức độ khác nhau trên sự sản xuất khí sinh học ở in vitro