Cây Lục bình (Eichhornia crassipes), tên tiếng Anh : Water hyacinth, là một loài thực vật thủy sinh đã được ghi nhận ở Niger năm 1986 tại một khu vực thủy nông nghiệp Niamey (Garba, 1986).
Lục bình nước gây ra vấn đề sinh thái và kinh tế bằng cách cản trở hoạt động hàng hải và đánh bắt cá, làm tắc nghẽn hệ thống thủy lợi và bằng cách tạo ra sự thiếu hụt hàm lượng khí oxy gây hại cho động vật và hệ thực vật (Seehausen et al., 1997; Malik, 2006).
21
Pema và Burrows (2005) cho rằng, lục bình bao phủ trên mặt nước làm giảm khí trao đổi diễn ra tại bề mặt không khí - nước và giảm hoạt động quang hợp của thực vật ngập nước, cản trở sự xâm nhập của các tia sáng của mặt trời.
Theo Nguyễn Văn Dương (1993), lục bình du nhập vào Việt Nam vào năm 1905 và có nguồn gốc từ châu nam Mỹ ở các lưu vực sông Amazon.
Theo Trần Đỗ Ái Nhi (2005) (trích từ Nguyễn Đăng Khôi (1985)), lục bình hấp thu dưỡng chất trực tiếp từ nước và thường được sử dụng làm ycông cụ xử lý nước thải. Chúng thích hợp và phát triển mạnh mẽ trong nguồn nước giàu dưỡng chất.
b. Phân loại
Theo Phạm Hoàng Hộ (2000), lục bình thuộc họ Lục bình (Pontederiaceae), có tên khoa học là Eichhornia crassipes (Maret) Solms. Lục bình còn được gọi là bèo tây, bèo Nhật Bản, bèo sen và là loài cỏ đa niên, thuộc nhóm thực vật thủy sinh sống trôi nổi, sinh sản rất nhanh.
Theo Trần Đỗ Ái Nhi (2005) trích từ Nguyễn Đăng Khôi (1985), ở vùng Đông Dương có 2 loài lục bình:
+ Eichhornia crasipes (Solms): có tiểu nhị, không có phụ bộ, dính giữa 2 phần dưới ống tràng, lá gân, tròn, cuống phù. Loài này gặp ở miền Bắc, Trung và Nam Việt Nam.
+ Eichhornia Natana: 3 tiểu nhị nhưng 1 tiểu nhị có phụ bộ, dính ở giữa hay phần dưới ống tràng, lá có dạng như lá lúa, loài này thường gặp ở Campuchia.
Theo Phạm Hoàng Hộ (2000), lục bình ở Việt Nam chỉ có một loài là Eichhornia crasipes (Solms).
c. Đặc điểm cấu tạo Hình dáng
Theo Trần Đỗ Ái Nhi (2005) trích từ Nguyễn Đăng Khôi (1985) lục bình là cây thân thảo sống lâu năm trôi nổi trên mặt nước hoặc bám nơi đất bùn có các đặc điểm hình dáng:
+ Rễ: dạng sợi, bất định không phân nhánh, mọc thành chum dài và rậm ở dưới chiếm 20 - 50% trọng lượng toàn cây tùy theo môi trường sống nhiều hay ít chất dinh dưỡng.
22
+ Lá đơn, mọc chùm tạo thành hoa thị, phiến tròn dài 4 - 8 cm, bìa nguyên, gân hình cung, mịn, đặc sắc, cuống lá rất xốp thường phù to tạo thành phao nổi hình lọ thường ngắn và to ở cây non, kéo dài đến 30cm ở cây già.
+ Hoa xanh nhạt hoặc xanh tím tạo thành chum đứng, cao 10 - 20 cm, không đều, đài và tràng cùng màu đính ở gốc, cánh hoa trên có đốm vàng, 3 tâm bì nhưng chỉ có một tâm bì thụ, 6 tiểu nhị với 3 dài 3 ngắn.
+ Trái là nang có 3 buồng, bì mỏng, nhiều hột.
Cấu tạo
Theo Nguyễn Thị Thu Thủy (1988) cây lục bình có cấu tạo như sau:
+ Lá: cấu trúc của lá lục bình phần trên mặt nước tương tự như những lá cây đơn tử điệp sống trên đất.
+ Thân: trên thân có những đốt có mô phân sinh tạo ra rễ, lá căn hành và cụm hoa. Lát cắt ngang qua thân cho thấy điểm phát sinh của cơ quan mới. Những tế bào của mô phân sinh này nhỏ và xếp khít nhau, xung quanh vùng ngoại biên của mô phân sinh là một vùng có vô số những khoảng trống giữa các tế bào. Mô khuyết này rất cần cho sự hấp thu oxy và chuyển oxy đến hệ thống rễ.
+ Rễ: phẫu thức cắt ngang của rễ cho thấy rễ có 2 phần: ngoài là vùng vỏ, bên trong là trụ trung tâm.
+ Cấu tạo vùng vỏ gồm có 3 phần:
Dưới biểu bì là lớp nhu mô đạo có chứa sắc tố, do lớp này mà rễ có màu tím khi đưa ra ánh sáng.
Xung quanh trụ là lớp nhu mô đạo.
Giữa hai vùng này của vùng vỏ là lớp nhu mô khuyết, lớp này giúp rễ hấp thu oxy.
+ Trụ đa cực được bao quanh bởi lớp nội bì ít chuyên hóa và chu luân. Hoạt động mô phân sinh ở rễ rất yếu.
d. Thành phần hóa học
Hàm lượng nước (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lục bình chứa một hàm lượng nước khá cao từ 90 – 95% trọng lượng cơ thể (Dương Thúy Hoa, 2004). Theo Lê Hoàng Việt (2005) thì dạng sống của các nhóm của các nhóm thuỷ sinh thực vật (sống chìm, sống nổi và sống trôi nổi) có liên quan với
23
lượng xơ chứa trong cơ thể của chúng. Theo đó, lục bình là loài sống trôi nổi nên cần có thành phần xơ để tạo bộ khung của cơ thể do đó hàm lượng cao hơn loại sống ngầm nhưng vẫn không bằng các thực vật cạn.
Hàm lượng vật chất khô thấp là giới hạn chính cho việc thu hoạch, chế biến và sử dụng thủy sinh thực vật. Ví dụ như đối với lục bình để có được 1 tấn vật chất khô thì cần phải thu hoạch khoảng 20 tấn lục bình tươi.
Hàm lượng protein
Đối với các thủy sinh thực vật, 80% đạm tổng số dưới dạng protein. Thủy sinh thực vật chứa từ 8 - 30% protein thô (trọng lượng khô) tương đương với thực vật cạn. Hàm lượng protein của thủy sinh thực vật này biến động tùy theo hàm lượng chất dinh dưỡng của môi trường sống và mùa. Theo Wolverton và Mc Donald (1976), hàm lượng đạm thô trong lá lục bình khoảng 32,9% (trọng lượng khô) tương đương với hàm lượng đạm thô của đậu nành.
Hàm lượng khoáng
Hàm lượng khoáng của lục bình biến thiên từ 8-60% (trọng lượng khô) tùy theo hàm lượng khoáng trong nguồn nước. Hàm lượng khoáng cũng biến thiên tuỳ theo địa phương và mùa.
Bảng 2.9 Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của lục bình
Thành phần hóa học Tỉ lệ (%) Nước 92,6 Protid 2,9 Glucid 0,9 Xơ 22,0 Tro 1,4 Calcium 40,8 mg/% Phospho 0,8 mg/% Caroten 0,66 mg/% (Trần Đỗ Ái Nhi, 2005)
24
Bảng 2.10 Một số đặc tính hóa học cơ bản của một số loại thực vật
Loại nguyên liệu %N % P2O5 % K2O
Rơm rạ 0,35 - 0,5 0,137 3,26
Cây họ đậu 1,5 0,35 0,5
Lục bình 0,79 - -
Thân cây bắp 0,75 0,3 1,64
Bã mía 0,43 0,15 0,12
(Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2001)
Qua Bảng 2.10 thấy, WH có hàm lượng nitrogen cao hơn so với các loài thực vật khác (chỉ đứng sau cây họ đậu), hàm lượng P2O5 và K2O cũng cao, WH là một trong những nguồn nguyên liệu nạp tốt cho quá trình ủ yếm khí.
2.2.2 Sử dụng lục bình cho sản uất khí sinh học
Việc chăn nuôi tại ĐBSCL chủ yếu là ở quy mô nhỏ, nên khi thiếu nguồn phân heo các hầm/túi ủ biogas sẽ không thể vận hành, làm giảm hiệu quả kinh tế. Lục bình là loài thủy sinh thực vật rất phổ biến, có quanh năm trên hệ thống kênh rạch dày đặc ở ĐBSCL. Lục bình có thể sử dụng để làm nguyên liệu bổ sung, hoặc thậm chí có thể thay thế cho phân heo để nạp vào hầm ủ biogas trong điều kiện thực tế luôn thiếu phân hoặc cho các hộ không có chăn nuôi (có nhu cầu sử dụng KSH ) ở ĐBSCL.
2.3 Đặc điểm hóa học của phân heo và sản uất khí sinh học từ phân heo
Phân heo là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc, gia cầm không hấp thu được và thải ra ngoài cơ thể sau quá trình tiêu hóa. Theo Trương Thanh Cảnh (1998), thành phần các chất trong phân rất phong phú bao gồm các dạng chủ yếu sau:
- Các chất hữu cơ: phân có thành phần hữu cơ rất đa dạng như các hợp chất protein, cacbohydrat, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng.
- Các chất vô cơ: chủ yếu là các hợp chất khoáng đa lượng chứa Calcium (Ca), Phosphorus (P) và các nguyên tố vi lượng.
- Dư lượng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm: bao gồm các thuốc kích thích tăng trưởng, các hormone hay dư lượng kháng sinh.
25
- Các men tiêu hóa của bản thân gia súc: chủ yếu là các enzyme đường tiêu hóa bị mất hoạt tính sau khi sử dụng.
- Các mô và chất nhờn: tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hóa vật nuôi. - Các thành phần tạp: đất, đá, cát, bụi thâm nhập từ môi trường ngoài. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Ngoài ra còn có các yếu tố gây bệnh sinh học như: các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa hay trong thức ăn của gia súc.
Thành phần dưỡng chất của phân heo là 0,5% nitrogen và 0,3% phosphat. Thành phần này thay đổi theo lượng dưỡng chất của thức ăn và nước uống; thay đổi theo nhu cầu của cá thể, nếu nhu cầu của cá thể cao thì sử dụng dưỡng chất nhiều, phân sẽ ít và ngược lại; thay đổi theo có lót chuồng hay không.
Bảng 2.11 Thành phần hóa học của phân heo có trọng lượng từ 70 ÷ 100 kg
Đặc tính Đơn vị Giá trị Vật chất khô g/kg 213 ÷ 342 TP g/kg 7,99 ÷ 9,32 Chất xơ g/kg 151 ÷ 261 Carbonat g/kg 0,23 ÷ 0,41 Các acid mạch ngắn g/kg 3,83 ÷ 4,47 pH g/kg 6,47 ÷ 6,95 (Trương Thanh Cảnh, 2010)
Qua Bảng 2.12 cho thấy, hàm lượng N có trong phân heo cao hơn so với phân trâu và phân bò nhưng thấp hơn so với phân gà (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003). Hàm lượng N của phân heo dao dộng trong khoảng 0,45 ÷ 1,20%, tỉ lệ C/N dao dộng từ 20 đến 22.
26
Bảng 2.12 So sánh thành phần hóa học của phân heo với các loại gia súc, gia cầm khác
Phân gia súc Mức Hàm lượng Nitrogen (%) Hàm lượng P2O5 (%) Hàm lượng K2O (%) Tỉ lệ C/N Trâu Tối đa Tối thiểu 0,358 0,246 0,205 0,115 1,600 1,129 20 18 Trung bình 0,306 0,171 1,360 19 Bò Tối đa Tối thiểu 0,380 0,302 0,249 0,164 0,992 0,424 19 17 Trung bình 0,341 0,227 0,958 18 Heo Tối đa Tối thiểu 1,200 0,450 0,900 0,450 0,600 0,350 22 20 Trung bình 0,840 0,850 0,580 21 Gà Tối đa Tối thiểu 2,0 1,8 0,950 0,450 1,72 1,21 17 15 Trung bình 1,9 0,850 1,421 16
(Nguyễn Đức Lượng và, Nguyễn Thị Thùy Dương, 2003)
Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc. Theo Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003) lượng phân và nước tiểu gia súc thải ra trong ngày trung bình được trình bày ở sau
Bảng 2.13 Lượng phân thải trung bình của gia súc trong 24 giờ
Loại gia súc Phân nguyên (kg) Nước tiểu (kg)
Trâu 18 ÷ 25 8,0 ÷ 12,0
Heo 15 – 45 Kg 1,0 ÷ 3,0 0,7 ÷ 2,0
Heo 45 – 100 Kg 3,0 ÷ 5,0 2,0 ÷ 4,0
27
Với cùng một khối lượng phân thải ra trong một ngày, khi sử dụng làm nguyên liệu nạp cho quá trình ủ yếm khí, chất lượng phân gia súc ảnh hưởng mạnh đến sản lượng khí (Bảng 2.14).
Bảng 2.14 Ảnh hưởng của loại phân đến sản lượng phân và thành phần khí CH4
Nguyên liệu Sản lượng khí
(m3/kg phân khô) Hàm lượng CH(%) 4
Thời gian lên men (ngày)
Phân bò 0,86 58 10
Phân gia cầm 0,46 – 0,54 58 10 – 15
Phân gà 0,31 60 30
Phân heo 1,02 68 20
(Nguyễn Quang Khải, 2002)
Qua Bảng 2.14 cho thấy, phân heo sinh khí cao nhất so với các loại phân bò, phân gia cầm và phân gà. Hàm lượng khí CH4 có trong thành phần KSH từ nguyên liệu phân heo cũng cao hơn so với các loại phân khác, thời gian lên men của phân heo tương đối ngắn, thấp hơn so với phân gà nhưng lại cao hơn phân bò và phân gia cầm.
28
CHƯƠNG 3
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thời gian thực hiện nghiên cứu từ tháng 08/2013 đến tháng 11/2013. Đề tài được thực hiện tại Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên – Trường Đại học Cần Thơ.
3.2. Phương tiện nghiên cứu 3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm 3.2.1 Dụng cụ bố trí thí nghiệm - Thùng nhựa plastic trụ tròn (21 lít) - Túi nhôm (20 lít) - Ống dẫn khí - Van khí - Ống đong (1 lít)
3.2.2 Thiết bị sử dụng trong phân tích
- Máy đo redox Multi 340i - WTW 82362 Weilheim (Đức) - Máy đo pH và nhiệt độ Eutech Instrument pH6+ (Đức) - Bếp công phá Tecator (Đức)
- Máy chưng cất Gerhart Vapodest 30 (Đức) - Tủ sấy Memmert UI 40 (Đức)
- Cân điện tử 3 số lẻ Sartorius BP410S (Đức) - Đồng hồ đo thể tích khí Ritter (Đức)
- Máy đo thành phần khí Biogas 5000 (Anh) - Tủ nung Lenton 5500C EF 11/8B (Anh) - Máy so màu Hitachi U-2008 (Nhật) - Nồi autoclave Sturdy SA-300H (Nhật) - Nồi khử trùng Hirayama HVE-50 (Nhật) - Buồng cấy Jisico (Hàn Quốc)
29 - Tủ ủ Memmert (Đức)
3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Nguyên liệu đầu vào 3.3.1 Nguyên liệu đầu vào
Nguyên liệu đầu vào cho quá trình ủ yếm khí sẽ được chuẩn bị như sau:
- Phân heo: được thu gom về từ trang trại của ông Huỳnh Kim Nhẫn, ấp Phú Lợi, xã Tân Phú Thạnh, huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang. Trại heo có số lượng 50 con, sẽ được phơi khô trong mát, sau đó nghiền nát và trộn lẫn với nhau để tạo thành mẫu đồng nhất.
- Lục bình được lấy về từ các kênh rạch tại khu vực phường Ba Láng, quận Cái Răng. Lục bình được loại bỏ rễ, chỉ lấy thân và lá phơi khô ở nhiệt độ theo từng ẩm độ thích hợp.
- Nước mồi biogas: để rút ngắn thời gian thí nghiệm, nước thải từ hầm ủ biogas sẽ được bổ sung vào các bình ủ làm chất mồi. Nước biogas được thu từ đầu ra của túi ủ biogas (dài 12m, đường kính 0,8m) đang hoạt động của hộ ông Nguyễn Hoàng Nam, xã Long Hòa, huyện Phong Điền, thành phố Cần Thơ, với số lượng heo trong chuồng là 4 heo nái và 30 heo con. Sau đó tiến hành bố trí thí nghiệm ngay nhằm tránh mất dưỡng chất và chết các VSV. Trong quá trình bố trí thí nghiệm, nước biogas sẽ được khuấy đều để tạo mẫu đồng nhất.
3.3.2 Bố trí thí nghiệm
Lục bình nguyên liệu sẽ được trộn đều với 10 lít nước thải từ túi ủ biogas đang hoạt động, ủ yếm khí trong bình nhựa trong 5 ngày và khuấy trộn hỗn hợp mỗi ngày.
Thí nghiệm sẽ được tiến hành liên tục trong 45 ngày trên mô hình bình nhựa thể tích 21L, trên nắp bình lắp một ống nhựa mềm có bố trí 2 van khóa, một ống nhựa khác trên thân bình, túi nhôm và túi nilon đen.
Các nghiệm thức sẽ được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên, mỗi nghiệm thức lặp lại 3 lần để tăng độ tin cậy của thí nghiệm. Để tránh tình trạng lượng khí sinh ra đẩy nước lên cao làm nghẹt ống dẫn khí hoặc đẩy nước vào túi chứa khí, thí nghiệm chỉ nạp 17 lít hỗn hợp gồm nguyên liệu và nước ủ, 4 lít mặt thoáng còn lại để chứa khí sinh ra.
Tỉ lệ phối trộn phân heo và rơm dựa vào hàm lượng chất rắn bay hơi (VS) của nguyên liệu nạp. Hỗn hợp phân heo và lục bình theo các tỉ lệ phối trộn được xác định dựa vào khối lượng chất rắn bay hơi (VS). Theo Eder và Schulz (2007), lượng nạp
30 hằng ngày cho 1 m3
hầm ủ có thể dao động từ 1 ÷ 4 kg VS/ngày. Chọn lượng nạp cho các nghiệm thức là 1 kg VS/ngày/m3, tương đương 1 g VS/ngày/lít. Như vậy, lượng nguyên liệu nạp vào bình ủ có tổng VS = 1x17x20 = 340 g VS/17 lít bình ủ trong 20 ngày. Tỷ lệ phối trộn giữa phân heo (PH) ÷ lục bình (WH), kích thước nguyên liệu và phương pháp tiền xử lý được bố trí theo bảng sau:
Bảng 3.1 Tỷ lệ nguyên liệu đầu vào cho thí nghiệm
Nghiệm
thức Thành phần Tỷ lệ nguyên liệu nạp tính theo VS
Khối lượng thực nguyên liệu nạp vào Phân heo (PH) Lục bình (WH) Ẩm độ 25% PH + WH (ẩm độ thực tế 26,2%) 170 g PH + 170g WH 429,8 g 305,8 g Ẩm độ 50% PH + WH (ẩm độ thực tế 50% ) 170 g PH + 170g WH 429,8 g 511,9 Ẩm độ 70% PH + WH (ẩm độ thực tế 70% ) 170 g PH + 170g WH 429,8 g 1047,3 g Ẩm độ 90% PH + WH (ẩm độ thực tế 90% ) 170 g PH + 170g WH 429,8 g 1896,2 g