Nguyên liệu Nhiệt độ (oC) Tỉ lệ C/N Hàm lƣợng
chất khô (%)
Thời gian lƣu (ngày)
Phân động vật 30 – 40 30 7 – 9 30 – 50
Thực vật 30 – 40 30 4 – 8 100
(Nguồn: Nguyễn Quang Khải, 2002) Chất độc ức chế vi khuẩn yếm khí làm ảnh hƣởng đến q trình sinh khí của q trình ủ yếm khí. Những biểu hiện thƣờng gặp nhƣ: làm ngăn cản q trình sinh khí dẫn đến giảm lƣợng khí sinh ra và nồng độ axít dễ bay hơi tăng.
Đây là q trình lên men yếm khí, do đó sự có mặt của ơxy thƣờng gây ức chế tồn bộ q trình chuyển hóa. Trong trƣờng hợp này, ơxy đƣợc xem nhƣ là chất tạo độc đối với những lồi vi khuẩn kỵ khí. Ngồi ra những chất độc có thể có trong dịch lên men.
2.2.2.2 Các yếu tố thúc đẩy quá trình sinh khí (1) Trộn chất thải để lên men
Ở nơng thơn, rất nhiều chất thải có thể dùng để sản xuất ra khí đốt. Những chất thải này có mặt ở khắp nơi nhƣ là phân ngƣời và phân gia súc, cọng rơm rạ, cỏ, các thân cây, rác thải và các chất thải thủ cơng nghiệp có thành phần hữu cơ là nguyên liệu tốt cho sản xuất khí sinh học.
Tỉ lệ C/N thích hợp 25/1 – 30/1. Các chất thải khác nhau có tỉ lệ C/N khác nhau và ngay cùng loại chất thải cũng có tỉ lệ C/N khác nhau khi có điều kiện khác nhau. Do đó, khi đƣa chất thải vào hầm, ngƣời ta khơng phải chỉ có một lƣợng nhất định vật liệu lên men mà cần lƣu ý đến các vật liệu lên men khác nhau đƣa vào hầm ủ yếm khí.
Nguyên liệu đƣợc phối trộn phải có tỉ lệ C/N thích hợp, đặc biệt chất thải có thành phần sợi nhiều nhƣ: rơm rạ, thân cây, cỏ và các chất có lƣợng nitơ cao nhƣ phân ngƣời, phân gia súc, gia cầm. Các chất này phải sử dụng phối trộn với nhiều vật liệu khác nhau. Ở một số vùng nơng thơn đã duy trì khoảng tỉ lệ sau: 10% phân ngƣời gồm
18
cả nƣớc tiểu, 40% phân bò và phân gia súc khác cùng với cây cỏ và 50% lƣợng nƣớc. Với hỗn hợp này kết quả lên men tƣơng đối tốt.
(2) Xử lý nguyên liệu
Các vật liệu sợi, đặc biệt là rơm rạ, cỏ, cỏ dại và thân cây, phải xử lý trƣớc. Vì trong chúng có lớp vỏ bên ngồi rất khó phân huỷ nên phải có thời gian làm chúng mục nát. Khi đƣa vào ủ, nó sẽ nổi lên mặt và gây khó khăn cho q trình sinh khí. Để chất đống và trộn điều, vật liệu cần phải cắt thành những đoạn ngắn.
Tốt nhất là phun lên trên lớp vật liệu một lƣợng vôi từ 2% – 5% hoặc lƣợng tro và sau đó đổ vào một ít phân ngƣời, phân gia súc hoặc nƣớc thải, rồi trát lên một lớp bùn mỏng, vào mùa hè, việc trộn và chất đống phải từ 7 – 10 ngày và mùa đông phải để một tháng.
Khi vật liệu đã đƣợc bảo quản nhƣ vậy, lớp mặt ngoài bị phá hủy và lần lƣợt các chất thải dạng sợi cũng bị phá hủy. Việc cắt nhỏ thân cây cũng làm tăng mặt tiếp xúc của vật liệu với các vi khuẩn, tạo quá trình lên men nhanh hơn khi ủ. Vì nó cung cấp các vi khuẩn tự nhiên để tạo ra khí sinh học một cách nhanh chóng và làm tăng đáng kể lƣợng khí sinh ra.
Cũng theo nghiên cứu, tỉ lệ C/N đối với các chất thải thực vật già, cằn cỗi là 60/1 – 100/1. Nhƣng khi để chất đống lên men thì có thể giảm tỉ lệ C/N cịn từ 15/1 – 21/1, gần tiến tới một môi trƣờng lý tƣởng cho vi khuẩn sinh mêtan hoạt động tốt.
Bảng 2.16 Đặc điểm hoá học của cỏ vƣờn sau ủ
Mẫu Ẩm độ (%) % N % C C/N
Ba loại cỏ vƣờn 82 1,6 47,5 31/1
Bảy loại cỏ vƣờn 79 1,9 46,7 25/1
(Nguồn: Nguyễn Văn Kha, 2012)
(3 ) Sự phân giải xenlulôzơ và lignin trong điều kiện tự nhiên
Sự phân giải xenlulôzơ
Xenlulôzơ là thành phần cơ bản nhất của thực vật. Trong bông vải xenlulôzơ chiếm 90%, trong các tế bào thực vật khác chúng chiếm từ 40% – 55%. Xenlulôzơ là chất rất bền vững, không tan trong nƣớc.Xenlulôzơ không bị phân hủy trong đƣờng tiêu hóa của động vật mà chỉ bị phân hủy trong đƣờng tiêu hóa của động vật nhai lại.
Xenlulơzơ là chất hóa học có trọng lƣợng phân tử lớn, chúng không thể xâm nhập vào tế bào vi sinh vật, chúng bị phân giải ở ngoài màng tế bào vi sinh vật bởi enzim ngoại bào. Các enzim này thay phiên nhau phân giải xenlulơzơ để giải phóng năng lƣợng và glucôzơ, phục vụ cho sinh trƣởng, sinh sản và phát triển của vi sinh vật.
Trong điều kiện nuôi cấy nhân tạo lƣợng glucôzơ nhiều. Nhƣng trong khối chất thải trong điều kiện tự nhiên, q trình thủy phân thì lƣợng glucơzơ tạo ra thƣờng rất ít,
19
các nghiên cứu cho thấy các sản phẩm trung gian của quá trình thủy phân này thƣờng nhiều hơn.
Tham gia vào quá trình phân giải các chất xenlulôzơ và các hợp chất lignơxenlulơzơ, pectinơxenlulơzơ bao gồm rất nhiều lồi vi sinh vật khác nhau, trong đó có cả các lồi thuộc nhóm vi khuẩn, thuộc nhóm xạ khuẩn và các lồi thuộc nhóm nấm sợi. Các chất xenlulôzơ trong điều kiện tự nhiên đƣợc phân hủy trong điều kiện hiếu khí lẫn điều kiện yếm khí.
Sự phân giải lignin
Lignin là một hợp chất cao phân tử có nhiều trong gỗ, trong thành phần của lignin có 69% là cacbon, 7% là hiđrô, 24% là ôxy. Lignin là chất vơ định hình, khơng tan trong nƣớc và khơng tan trong các axít vơ cơ. Lignin có rất nhiều trong thực vật, nhƣng chúng lại không thay đổi trong suốt quá trình phát triển của thực vật. Thực vật càng già, lƣợng lignin tích tụ càng lớn (http://tainguyenso.vnu.edu).
Do đó, trong chất thải hữu cơ từ thực vật, lignin tồn tại một lƣợng rất lớn trong khối chất thải đó. Lignin bền vững trong điều kiện yếm khí, chúng bị phân hủy ở điều kiện hiếu khí mạnh mẽ (Ngơ Kế Sƣơng- Nguyễn Lân Dũng, 1997). Có nhiều lồi vi sinh vật tham gia phân giải hợp chất này, trong đó đáng chú ý nhất là các loài
Polysticus versicolor, Stereum hirsutum …Quá trình phân giải lignin của các lồi vi
sinh vật trên giúp q trình phân giải xenlulơzơ trong thực vật tốt hơn.
(4)Lƣợng nƣớc thích hợp
Sự hoạt động bình thƣờng của vi khuẩn mêtan cần khoảng 90% nƣớc để lên men vật liệu thải và 8% – 10% chất khô (Nguyễn Duy Thiện, 2010).
Bảng 2.17 Lƣợng nƣớc có trong vật liệu thải Loại vật Loại vật liệu thải Phân ngƣời Phân lợn rắn Phân lợn lỏng Phân ngựa Phân khô thông thƣờng Thân lúa khô Phân bò Lƣợng nƣớc (%) 80 82 96 76 30 – 40 10 – 20 83
(Nguồn: Nguyễn Duy Thiện, 2010)
Trên thực tế ở nhiều nơi, lƣợng nƣớc ở trong hầm đƣợc tính theo vật liệu thải lên men. Thơng thƣờng nƣớc chiếm khoảng 50% vật liệu trong hầm. Khi cho vật liệu thải lên men, nên làm lỗng hơn thích hợp cho các vi sinh vật hoạt động.
2.3 Sơ lƣợc về cỏ vƣờn 2.3.1 Cỏ lông tây, cỏ Para 2.3.1 Cỏ lông tây, cỏ Para
Tên khoa học: Brachiaria mutiea (Forsk) stapt.
Cây khỏe, sống nhiều năm, thân có thể cao 1,5m, phân nhánh nhiều, bị trên mặt đất, nhiều rễ, mọc rễ và đâm chồi ở các đốt, lá hình ngọn giáo dài đến 25cm, nhọn đầu,
20
mép lá sắc, bẹ lá có lơng trắng mềm. Cụm hoa chùy có 8 – 20 bơng đơn hoặc ở gốc, trục có lơng thƣa, dài, bơng chết khơng lơng.
Có nguồn gốc Nam Mỹ, ngày đƣợc trồng nhiều nơi trên thế giới. Ở nƣớc ta cỏ này đƣợc trồng ở Nam Bộ từ cuối thế kỹ 19 tại các cơ sở chăn ni bị sữa, nay đã phát triển ra cả nƣớc. Cỏ lơng Para ƣa khí hậu nóng ẩm, có khả năng chịu đƣợc ngập nƣớc ngắn ngày, chịu mặn, chịu phèn. Cỏ làm thức ăn xanh thơ cho trâu, bị, ngựa ở dạng tƣơi, cỏ xanh hoặc phơi khô (Phạm Hoàng Hộ, 2000).
2.3.2 Lúa Ma
Tên khoa học: Oriza minuta. Thuộc họ Hòa Bản POACEAE
2.3.2.1 Thân
Lá cỏ nhất niên thân trịn cao hơn lúa bình thƣờng (1.5 – 2m) có nhiều lóng và rễ bất định ở phần gốc cây, thân trơn không lông, xốp, nhiều gân song song.
2.3.2.2 Lá
Dài từ 40 – 60cm × 0.8 – 1cm nhọn đầu, lá có bẹ ơm sát thân cây dài từ 30 – 40cm có gân song song, trơn khơng lóng. Phần tiếp giáp giữa lá và bẹ có vải màu nâu xám, hai tay lá nhỏ có nhiều lơng tơ, đồng thời tại đây cùng có hai lá nhỏ mỏng dài khoảng 2 cm nhọn đầu, có màu vàng lơ.
2.3.2.3 Hoa
Theo Phạm Hoàng Hộ (1994): “ chùm hoa tụ tán dài 30 cm, có nhánh dài 20 cm, gié hoa nhỏ, dài 3 – 5 mm. Dĩnh nhọn trấu trên có một lơng gai dài từ 5 – 23 mm, nƣớm trắng. Dĩnh quả (hạt gạo) dài 3.5 mm dính vào trấu màu ngà”. Mặc khác theo số liệu trong quyển “những thiệt hại trên ruộng lúa nhiệt đới” thuộc viện nghiên cứu lúa gạo quốc tế (IIRI), (1983) cho thấy: “ Loại cây này liên hệ rất gần với giống lúa trồng nên có thể tạp giao tự nhiên nhƣng không nhƣ lúa trồng hột của phần lớn kiểu sinh thái lúa hoang dễ rụng trƣớc khi chín và chùm tụ tán vấn đứng. Tuy nhiên vài kiếu sinh thái lúa hoang hột khơng rụng có chùm tụ tán cong xuống. Gié hoa có thể có lơng gai hoặc khơng, trái chín có thể có màu rơm hoặc sậm. Vỏ (hạt gạo) nhiều màu từ xám đến đỏ tùy độ chín của hạt. Hạt có thời gian miên trạng lâu trong đất, nhƣng nếu đƣợc gặt, đập và phơi nhƣ lúa trồng thì thời gian miên trạng sẽ bị ngƣng”.
2.3.2.4 Rễ
Dạng chùm có nhiều rễ phụ màu trắng mọc cạn trong tầng đất mặt.
2.3.2.5 Điều kiện phân bố
Thƣờng gặp ở mé bờ đê ruộng. Khả năng dễ rụng của trái vào thời điểm trái chín và thời gian miên trạng kéo dài trong đất lâu nên đây đƣợc xem là đặc điểm nổi bật của loài trên ruộng phèn, tạo khả năng tồn tại cao (Phạm Hoàng Hộ, 2000).
21
2.3.3 Rau Trai
Tên khoa học: Commenlida communis. (Kunth). Thuộc họ Rau Trai
COMMELINAEE.
2.3.3.1 Thân
Là loại có đa niên thân dài bò bất định dƣới đất, thân nhỏ đƣờng kính 1.5 – 3mm láng, có màu xanh tím, thân phân nhánh khúc khuỷu. Tại mỗi đốt thân có những chùm rễ giả để bám vào đất nhằm hấp thụ nƣớc và chất dinh dƣỡng ni cây, thân có nhiều đốt phù to hơn thân mỗi đốt dài 1.5 – 3 cm, thân khi cắt ngang có nhiều nhớt.
2.3.3.2 Lá
Lá thon hình mũi giáo mọc cách dài 2.5 – 4 cm, ngang từ 1.5 – 2 cm không cuống, phiến lá dài nhọn đầu và hẹp. Bẹ ôm lấy thân thành một ống trịn, bẹ lá có nhiều lơng, mặt lá có nhiều gân song song.
2.3.3.3 Hoa
Hoa mọc từ nách bẹ lá có cuống dài, phát hoa có mo (có một lá hoa ơm lấy hoa) từ lá hoa có một cuống ngắn hơn cuống hoa nhƣng phù to hơn cuống hoa và một sợi râu dài mọc chỉa ra. Hoa thƣờng có từ 2 – 4 cái, có 3 lá đài, 3 cánh hoa xanh tím, 6 tiểu nhị. Kế hoa sẽ có một cuống và mọc chui xuống mang quả, nỗi bật trên hoa tím có một cọng hoa màu vàng.
2.3.3.4 Rễ
Rễ dạng chùm có nhiều rễ bất định nằm ở đốt gần thân gần gốc.
2.3.3.5 Điều kiện phân bố
Thƣờng gặp trên bờ đê ruộng, bờ mƣơng. Số lần xuất hiện ít chỉ gặp nhiều trên bờ mƣơng, trên bờ ruộng có các hội đồn: Cỏ ống, Mồm, Ba khía,.. rất lớn. Mặt khác nó khơng phải là dạng thân leo bám trên các cây chủ, nên khả năng cạnh tranh ánh sáng thấp hơn những cây khác, có thể đó là nguyên nhân làm chúng kém phát triển. Phát tán bằng hạt giống hoặc sinh dƣỡng (Phạm Hoàng Hộ, 2000).
2.3.4 Cỏ lá tre
Tên khoa học: Acroceras munroanum (Bal) Hern. Thuộc họ Hòa Bản
POACEA.
2.3.4.1 Thân
Cỏ dạng bụi nằm rồi đứng, cộng nhỏ dài 28-40 cm rất dai và cứng, đốt thân có nhiều rễ bất định nhơ ra sần sùi. Đốt thân trịn phân nhánh có màu nâu đen đậm, có lơng tơ, khoảng cách các đốt thân dài từ 5-8 cm.
22
2.3.4.2 Lá
Mọc cách, cứng, thon dài từ 10-11 cm, bản dẹp 0.8-0.9 cm, có một gân chính và nhiều gân phụ song song, bìa lá bén. Bẹ lá không ôm sát lấy thân mọc từ đốt thân, có nhiều lơng tơ. Do đây là cây có lá giống lá tre nên đƣợc gọi là cỏ lá tre.
2.3.4.3 Hoa
Hoa mọc ở đầu ngọn dạng chùm dạng tán cao 6-7 cm có từ 3-4 cm nhánh, mỗi nhánh mang ít gié giả, gié hoa mỏng, mềm mại, dài 4-5 mm, rộng 2mm, gié hoa có cuống. Dĩnh và trấu có mũi gai dài, hoa trên có trấu, hoa dƣới dày, cuốn ôm lấy trấu trên.
2.3.4.4 Rễ
Mọc chùm có nhiều rễ giả, mọc cạn.
2.3.4.5 Điều kiện phân bố
Trên bờ mƣơng nơi đất tƣơng đối ẩm, có bóng mát. Hình thức phát tán bằng hạt giống hay dinh dƣỡng. Có lẽ đây là cây có đặc tính thích nghi rộng với vùng đất tƣơng đối ẩm, có nhiều bóng mát nên sự phân bố của nó ở bờ mƣơng nơi có nhiều thân gỗ, bụi trúc cho bóng mát (Phạm Hồng Hộ, 2000).
23
CHƢƠNG 3
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Đề tài tiến hành từ tháng 12/2012 đến tháng 05/2013 tại hộ ơng Lê Hồng Thanh số nhà 483, tổ 13, và hộ ơng Huỳnh Hữu Tích, số nhà 380, tổ 51, ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ.
Mẫu vật liệu nạp và mẫu khí đƣợc phân tích tại phịng thí nghiệm độc học, Khoa Môi Trƣờng & TNTN, Trƣờng Đại học Cần Thơ.
3.2 Vật liệu thí nghiệm và phƣơng tiện nghiên cứu 3.2.1 Túi ủ khí sinh học 3.2.1 Túi ủ khí sinh học
Túi ủ khí sinh học gồm có 2 phần: túi ủ và túi chứa khí. Túi ủ làm bằng ni lơng, có 3 lớp, dài 10 m, đƣờng kính 0,89 m. Túi chứa khí làm bằng ni lơng, có 2 lớp, dài 5 m, đƣờng kính 0,89 m. Sau 53 ngày thí nghiệm súc túi ủ bố trí lại lần 2.
Hình 3.1 Hệ thống túi ủ khí sinh học dùng trong thí nghiệm
Chú thích:
1. Túi ủ khí sinh học 2. Lối nạp nguyên liệu 3. Lối thốt nƣớc thải 4. Lối thốt khí
3.2.2 Vật liệu nạp cho túi ủ 3.2.2.1 Phân heo 3.2.2.1 Phân heo
Phân heo lấy tại hộ ông Huỳnh Hữu Tích, số nhà 380, tổ 51, ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ vào 7 giờ hằng ngày. Số lƣợng heo dao động từ 34 con ở thí nghiệm lần 1 (20 heo lớn, 13 heo nhỏ, 1 heo nái) xuống cịn 21 ở thí nghiệm lần 2 (8 heo lớn, 12 heo nhỏ, 1 heo nái). Thể trạng heo dao động từ 30-40 kg (heo nhỏ), từ 80-90kg (heo lớn) và trên 100kg (heo nái). Nguồn thức ăn gồm hỗn hợp bột cám, bã bia và thức ăn viên Anco (hàm lƣợng đạm tối thiểu 16,5%).
5. Ống dẫn khí
6. Co chữ T 7. Túi thu mẫu khí 8. Túi trữ khí
24
3.2.2.2 Cỏ vƣờn
Cỏ vƣờn sử dụng làm vật liệu sinh khí gồm 5 loại cỏ trong vƣờn: cỏ lúa ma
(Oryza rufipogon Griff), cỏ lông tây (Brachiaria mutica (Forsk.) Stapf), cỏ lá tre (Lophatherum gracile Brongn), rau trai (Commelina diffusa Burm. f.), cỏ lá gừng
(Axonopus Compressus P.Beauv). Các loại cỏ này đƣợc thu tại ấp Mỹ Thuận, xã Mỹ Khánh, huyện Phong Điền, TP Cần Thơ.
3.2.2.3 Chất mồi
Chất mồi gồm nƣớc thải biogas (lấy từ túi biogas của nông hộ) pha với nƣớc ao theo tỉ lệ 1:2 đƣợc cho 2,5m3 vào túi ủ, sau đó tiến hành nạp nguyên liệu cho 2 túi ủ của 2 nghiệm thức: phân heo (đối chứng) và cỏ vƣờn.
Bảng 3.1 Trọng lƣợng vật liệu nạp cho túi ủ của từng nghiệm thức Nghiệm Nghiệm thức Vật liệu nạp Trọng lƣợng tƣơi (kg) Ẩm độ (%) Trọng lƣợng khô (kg)
1 Phân heo (đối chứng) 10 73,3 2,7
2 Cỏ vƣờn 10 73,7 2,7
3.2.3 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất phân tích 3.2.3.1 Dụng cụ, thiết bị 3.2.3.1 Dụng cụ, thiết bị
+ Nhiệt kế; + Máy đo pH;
+ Máy đo thành phần khí GA94;
+ Máy đo tổng lƣợng khí (đồng hồ Ritter); + Tủ sấy;
+ Cân điện tử;
+ Ống phân hủy Kjeldahl; + Giàn chƣng cất Kjeldahl; + Erlen, buret;
+ Bình tam giác 50 ml.
3.2.3.2 Hóa chất
+ Hydro peoxit 30%(H2O2); + Axít boric (H3BO3); + Dung dich H2SO4 đđ; + H2SO4 chuẩn 0,1N; + A xít salicilic (bột); + Bromocresol green; +Methyl red;
25 a - b a * 100 M =