1 KẾT QUẢ SỬ DỤNG LỤC BÌNH SO VỚI RƠM VÀ CỎ LÔNG TÂY ĐƢỢC THỦY PHÂN ĐỂ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) Ở IN VITRO GS. TS. Nguyễn Văn Thu Bộ Môn Chăn Nuôi, Khoa Nông Nghiệp & SHUD, Trường Đại Học Cần Thơ Email: nvthu@ctu.edu.vn TÓM LƢỢC Thí nghiệm này được bố trí theo kiểu thừa số 2 nhân tố và 3 lần lặp lại. Nhân tố 1: các loại thực vật được thủy phân bao gồm cỏ lông tây, lục bình và rơm. Nhân tố 2: các mức độ thay thế phân heo bằng thực vật dựa trên vật chất khô (DM) gồm: 0, 20, 40, 60, 80 và 100 %. Nguyên liệu được nạp một lần, thời gian theo dõi thí nghiệm đến ngày thứ 10. Kết quả thí nghiệm cho thấy sản lượng khí sinh học (m 3 /kg OM) của 3 loại thực vật và tỉ lệ thay thế khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Tương tác giữa thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế ở ngày thứ 7 và ngày thứ 10 khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Sản lượng khí sinh học của từng loại thực liệu thủy phân tăng dần theo thời gian và tăng dần theo tỉ lệ thay thế. Qua 10 ngày thí nghiệm, lục bình thủy phân cho sản lượng khí sinh học cao nhất là 0,114 m 3 /kg OM và tỉ lệ thay thế 100 % thực vật cho sản lượng khí sinh học cao nhất là 0,133 m 3 /kg OM. Tỉ lệ khí mêtan (%) của khí sinh học của 3 loại thực vật và tỉ lệ thay thế khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Tương tác giữa thực vật thủy phân và tỉ lệ thay thế qua thời gian thí nghiệm khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Sản lượng khí mêtan của khí sinh học của từng loại thực vật thủy phân tăng dần theo thời gian và tăng dần theo tỉ lệ thay thế. Kết quả ở ngày thứ 10, lục bình thủy phân cho sản lượng khí mêtan cao nhất là 0,064 m 3 /kg OM, kế đó là rơm thủy phân là 0,057 m 3 /kg OM và thấp nhất là cỏ lông tây thủy phân là 0,039 m 3 /kg OM; tỉ lệ thay thế 100 % thực vật cho sản lượng khí mêtan cao nhất là 0,063 m 3 /kg OM. Kết luận là thực vật được thủy phân cho sản lượng khí sinh học tương đương và cao hơn so với việc chỉ dùng phân heo làm nguyên liệu sản xuất khí sinh học. Vì vậy có thể sử dụng thực vật thủy phân vào quá trình sản xuất khí sinh học. Tuy nhiên tỉ lệ khí mêtan trong khí sinh học sẽ thấp hơn, nên cần được tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế sản xuất. ĐẶT VẤN ĐỀ Khí sinh học (biogas) là nguồn năng lượng tái tạo từ chất thải gia súc và con người, bên cạnh đó dưỡng chất của các loại thực vật cũng có thể sử dụng để sản xuất gas. Trong quá trình tiêu hóa yếm khí, vật chất hữu cơ bị phân giải bởi vi sinh vật cho ra các sản phẩm CO 2 , CH 4, v v Rơm lúa được xử lí rơm với NaOH trước khi cho vào hầm ủ cũng sẽ gia tăng lượng biogas vì tạo điều kiện dễ dàng cho lên men cellulose của vi khuẩn (Agriculture information, 2009). Các phụ phẩm trồng trọt như thân cây bắp, rơm lúa, rơm lúa mì và lục bình nước kết hợp với phân bò có thể cải thiện năng suất gas từ 10-80%. Tuy nhiên, việc sử dụng các nguồn thực vật cho nghiên cứu sinh gas vẫn còn hạn chế ở Việt Nam. Nhiều năm qua, việc sử dụng lục bình nước để tạo gas là chủ đề được quan tâm bởi lục bình có số lượng lớn trên các dòng sông và kênh rạch, đôi khi gây khó khăn cho sự đi lại và ô nhiễm môi trường. Trong khi rơm lúa và cỏ lông tây (Brachiaria mutica) chiếm sản lượng lớn ở nhiều tỉnh thành của Việt Nam. Do vậy việc nghiên cứu các nguổn thực vật sẵn có được xem như là chất thải để sản xuất ra biogas có tầm quan trọng để giải quyết sự thiếu năng lượng hiện nay và cũng để giảm sự ô nhiễm môi trường. Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát năng suất và chất lượng biogas tạo ra từ lục bình, rơm và cỏ lông tây (Brachiaria mutica) trong điều kiện in vitro, đề khuyến cáo ứng dụng trong các nghiên cứu và thực hành ở tương lai. 2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Bố trí thí nghiệm: thí nghiệm được bố trí theo kiểu thừa số 2 nhân tố và 3 lần lặp lại.Nhân tố 1: các loại thực vật gồm: rơm, lục bình và cỏ lông tây được thủy phân. Nhân tố 2: mức độ thay thế phân heo bằng thực vật dựa trên vật chất khô (DM) gồm: 0, 20, 40, 60, 80 và 100. Thí nghiệm sử dụng ống tiêm thủy tinh 50ml để thu nhận lượng khí sinh ra. Thời gian thí nghiệm Thí nghiệm được thực hiện trong 4 tuần. Cách tiến hành Chuẩn bị nguyên liệu nạp: - Nước hầm ủ được lấy từ đầu ra của hầm ủ biogas tại Trung Tâm Nghiên Cứu – Thực Nghiệm – Đa Dạng Sinh Học – Hòa An - Lục bình, rơm, cỏ lông tây sử dụng trong thí nghiệm được lấy từ trại thực nghiệm ở Hòa An. - Lục bình cắt bỏ rễ, lấy phần thân và lá cắt nhỏ khoảng 1cm, trộn đều. Cân 1kg lục bình tươi (đã cắt nhỏ) cho vào xô, đổ thêm 4 lít nước hầm ủ biogas đậy kín lại. Đảo đều mẫu 1 ngày 1 lần, ủ trong 10 ngày. - Rơm khô, mới đem về cắt nhỏ khoảng 1cm. Cân 113 g rơm đã cắt nhỏ cho vào xô, đổ vào thêm 4 lít nước hầm ủ, đậy kín lại, đảo mẫu mỗi ngày, ủ trong 15 ngày. - Cỏ lông tây cắt cách góc khoảng 10 cm, đem về cắt nhỏ khoảng 1 cm. Cân 500 g cỏ lông tây đã cắt nhỏ cho vào xô, đổ thêm vào 4 lít nước hầm ủ, đảo mẫu mỗi ngày, ủ trong 15 ngày. Hình 1. Rơm, cỏ lông tây, lục bình sau khi thủy phân với nƣớc hầm ủ - Phân heo được lấy vào buổi sáng, trước khi dội chuồng, tại nhà ông Lê Văn Trạng số 642 tổ 11, khu vực Bình Yên A, phường An Hòa, quận Bình Thủy, thành phố Cần Thơ. Phân heo sử dụng là phân heo thịt có trọng lượng 30 – 40 kg, mẫu phân được trộn đều để đảm bảo tính đồng nhất. Heo ăn thức ăn của công ty Greenfeed (đạm tối thiểu 15 %, xơ tối đa 5, 5%, năng lượng trao đổi tối thiểu 3.000 kcal/kg). Bảng 1. Hàm lƣợng các thực liệu ủ với nƣớc hầm ủ trƣớc khi thí nghiệm Thực liệu DM (%) Trọng lƣợng tƣơi (g) Nƣớc hầm ủ (ml) Lục bình 9,0 1000 4000 3 Rơm 80 113 4000 Cỏ lông tây 18 500 4000 Chuẩn bị hóa chất thí nghiệm Chuẩn bị chất mồi được lấy từ đáy hầm ủ biogas tại Trung Tâm Nghiên Cứu – Thực Nghiệm – Đa Dạng Sinh Học – Hòa An đã lên men yếm khí trên 60 ngày dùng để tạo nguồn vi sinh vật. Pha dung dịch chất mồi với dung dịch dưỡng chất, sục khí CO 2 trong 30 phút, giữ ấm ở 39 o C trong nồi chưng cách thủy. Tiến hành thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu sinh khí dựa theo qui trình đề nghị của Menke (). Mỗi ống thủy tinh 50 ml ta cho vào 1 g OM cho mỗi nghiệm thức và nạp 1 lần duy nhất. Thời gian theo dõi thí nghiệm đến ngày thứ 10. - Lấy mẫu hỗn hợp (cả nước và xác) lục bình thủy phân 10 ngày, hỗn hợp rơm thủy phân 15 ngày và hỗn hợp cỏ lông tây thủy phân 15 ngày cho vào máy xay sinh tố xay nhuyễn. Các loại nguyên liệu này dùng để nghiên cứu trong thí nghiệm. - Cân phân heo và cho vào ống tiêm, cân hỗn hợp lục bình thủy phân, hỗn hợp rơm thủy phân và hỗn hợp cỏ lông tây thủy phân cho vào ống tiêm đã có phân heo theo từng nghiệm thức. Tiếp đó cho vào ống tiêm 20 ml dung dịch dưỡng chất + dung dịch chất mồi đã pha ở trên. Đặt ống tiêm lên giá, ủ mẫu trong bồn nước ấm ở nhiệt độ 39 0 C. Tiến hành ghi nhận thể tích khí ở các thời điểm 0, 3, 6, 9, 12, 24, 48, 72 và 96 giờ. (Fievez, 2005). Phân tích hóa học Phân heo, hỗn hợp lục bình thủy phân 10 ngày, hỗn hợp rơm thủy phân 15 ngày và hỗn hợp cỏ lông tây thủy phân 15 ngày được lấy mẫu và phân tích các thành phần dưỡng chất gồm vật chất khô (DM), vật chất hữu cơ (OM), đạm thô (CP) và khoáng (Ash) được xác định theo AOAC (1990); xơ trung tính (NDF) và xơ acid (ADF) được phân tích theo quy trình của Van Soest et al. (1991). Các chỉ tiêu theo dõi - Phân tích tỉ số C/N của nguyên liệu nạp: phân heo, hỗn hợp lục bình thủy phân 10 ngày, hỗn hợp rơm thủy phân 15 ngày và hỗn hợp cỏ lông tây thủy phân 15 ngày. - Tổng lượng khí sinh học được xác định bằng sự ghi nhận thể tích khí sinh ra. - Xác định tỉ lệ khí mêtan (%): được xác định bằng dung dịch NaOH 1M theo phương pháp của Fievez et al. (2005). Các chỉ tiêu theo dõi - Phân tích tỉ số C/N của nguyên liệu nạp: phân heo, hỗn hợp lục bình thủy phân 10 ngày. - Sản lượng khí sinh học: được đo bằng máy Ritter gas flow metter thuộc Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại học Cần Thơ. - Tỉ lệ khí CH 4 và CO 2 được xác định bằng máy Geotechnical Instruments GA94 thuộc Khoa Môi Trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Trường Đại Học Cần Thơ. 3.3 Phƣơng pháp xử lý số liệu Số liệu của cả ba thí nghiệm được xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và mô hình tuyến tính tổng quát (General Linear Model) của chương trình Minitab Release 13.21 (2000). Để 4 xác định mức độ khác biệt ý nghĩa của nghiệm thức và so sánh giữa các nghiệm thức dựa vào phương pháp so sánh Tukey của chương trình Minitab 13.21 (2000). KẾT QUẢ & THẢO LUẬN Thành phần hóa học của thực liệu đƣợc sử dụng trong thí nghiệm Thành phần hóa học của thực liệu sử dụng trong thí nghiệm được thể hiện qua bảng 2. Bảng 2. Thành phần hóa học của thực liệu dùng trong thí nghiệm Thực liệu DM OM CP Tro NDF ADF C/N Phân heo 31,5 78,2 8,82 22,1 36,3 23,2 30,7 LBTP 1,41 80,6 8,71 19,4 39,9 19,2 32,1 RTP 1,91 83,1 4,01 16,9 48,0 26,6 72,1 CLTTP 2,27 82,7 7,51 17,3 44,3 24,2 38,2 Nước hầm ủ 0,12 99,9 - 0,10 - - - RTP: rơm thủy phân nước hầm ủ, LBTP: lục bình thủy phân nước nước hầm ủ, CLTTP: cỏ lông tây thủy phân nước nước hầm ủ, DM: vật chất khô, OM: vật chất hữu cơ, CP: đạm thô, NDF: xơ trung tính, ADF: xơ axit, C/N: tổng carbon/ tổng nitơ Phân heo có DM được thể hiện qua bảng 14 (31,5 %) thấp hơn với kết quả phân tích của Phạm Văn Hơn (2008) là 34,4. Phân heo trong thí nghiệm có hàm lượng OM là 78,2 %, kết quả này thấp hơn so với nghiên cứu Nguyễn Văn Thu (2008) là 84,7 %. Hàm lượng CP của phân heo trong thí nghiệm là 8,82 % cho thấy cao hơn so với phân tích của Nguyễn Văn Thu (2008) là 7,28 %. Tỉ lệ C/N của phân heo là 30,8, kết quả này cao hơn kết quả phân tích của Lê Trần Thanh Liêm (2010) là 17, tuy nhiên kết quả này thấp hơn kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2010) là 33,4. Những biến động về thành phần hóa học của các dưỡng chất trong phân heo có thể phụ thuộc vào loại thức ăn heo ăn vào. Lục bình thủy phân có DM là 1,41 % và OM là 80,6 % thấp hơn cỏ lông tây thủy phân là 2,27 % và 82,7 % và rơm thủy phân là 1,91 % và 83,1 %. Hàm lượng CP của lục bình thủy phân là 8,71 % cao hơn rơm thủy phân là 4,01 % và cỏ lông tây thủy phân là 7,51 %. Hàm lượng NDF và ADF của lục bình thủy phân lần lượt là 39,9 % và 19,2 % thấp hơn rơm thủy phân là 48,0 % và 26,6 % và cỏ lông tây thủy phân là 44,3 % và 24,2 %. Tỉ lệ C/N của lục bình thủy phân, rơm thủy phân và cỏ lông tây thủy phân lần lượt là 32,1, 72,1 và 38,2 đều cao hơn phân heo là 30,7. Chính vì vậy sau khi phối trộn lục bình thủy phân, cỏ lông tây thủy phân và rơm thủy phân với phân heo sẽ giúp hỗn hợp có tỉ lệ C/N nằm trong khoảng 20 - 40 thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh khí mêtan (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997). Sản lượng khí sinh học tích lũy theo thời gian ủ Qua bảng 15, ta thấy sản lượng khí sinh học tích lũy theo thời gian thí nghiệm của từng loại thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Tương tác giữa thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế ở ngày 7 và ngày 10 khác biệt có ý nghĩa thống kê. 5 Bảng 3. Sản lƣợng khí sinh học tích lũy (m 3 /kg OM) theo thời gian ở thí nghiệm Chỉ tiêu Thực liệu thủy phân (TLTP) Thay thế (%) P TG ủ (ngày) LBTP RTP CLTTP 0 20 40 60 80 100 TLTP TT TLTP*TT 1 0,015 a 0,014 a 0,013 b 0,012 e 0,012 e 0,013 ef 0,014 fg 0,016 gh 0,018 h 0,001 0,001 0,897 2 0,033 a 0,029 b 0,026 b 0,024 e 0,024 e 0,027 ef 0,030 fg 0,034 gh 0,037 h 0,001 0,001 0,908 3 0,050 a 0,045 b 0,041 c 0,037 e 0,038 ef 0,042 f 0,049 g 0,052 h 0,057 i 0,001 0,001 0,484 4 0,068 a 0,061 b 0,057 c 0,049 e 0,052 ef 0,057 f 0,064 g 0,071 h 0,078 i 0,001 0,001 0,214 5 0,084 a 0,077 b 0,071 c 0,063 e 0,065 e 0,071 f 0,080 g 0,088 h 0,097 i 0,001 0,001 0,092 7 0,099 a 0,091 b 0,084 c 0,075 e 0,077 e 0,085 f 0,094 g 0,104 h 0,115 i 0,001 0,001 0,019 10 0,114 a 0,105 b 0,097 c 0,086 e 0,088 e 0,098 f 0,108 g 0,120 h 0,133 i 0,001 0,001 0,012 RTP: rơm thủy phân nước hầm ủ, LBTP: lục bình thủy phân nước nước hầm ủ, CLTTP: cỏ lông tây thủy phân nước nước hầm ủ, TLTP: thực liệu thủy phân,TT: tỉ lệ thay thế, TLTP*TT: tương tác giữa thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế, a,b,c,e,f,g,h,i :các giá trị trung bình mang các chữ khác nhau trên cùng một hàng là khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) 6 0.00 0.04 0.08 0.12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian thí nghiệm (ngày) Khí sinh học (m3/kgOM) LB R CLT Sản lượng khí sinh học tích lũy của từng loại thực liệu thủy phân tăng dần theo thời gian và tăng dần theo tỉ lệ thay thế. Sau 10 ngày ủ, sản lượng khí sinh học (m 3 /kg OM) của lục bình và rơm lần lượt là 0,114 m 3 /kg OM và 0,105 m 3 /kg OM, cao hơn cỏ lông tây thủy phân (CLTTP) với 0,097 m 3 /kg OM. Thay thế 100 % thực vật thủy phân cho năng suất khí sinh học cao nhất 0,133 m 3 /kg OM, thấp nhất là thay thế 0 % thực vật với 0,086 m 3 /kg OM. Khi sử dụng lục bình, rơm, cỏ lông tây thay thế phân heo dựa trên vật chất khô (DM) trong thí nghiệm của Nguyễn Văn Thu (2008), ở thời điểm 14 ngày sản lượng khí sinh học của lục bình là 0,060 m 3 /kg OM và rơm là 0,082 m 3 /kg OM. Sản lượng khí sinh học trong thí nghiệm của chúng tôi sau 10 ngày thí nghiệm là ở lục bình thủy phân là 0,114 m 3 /kg OM và rơm thủy phân là 0,105 m 3 /kg OM, cho thấy cao hơn so với kết quả nghiên cứu của thí nghiệm trên. Vì vậy, khi sử dụng lục bình và rơm thủy phân thay thế phân heo dựa trên vật chất khô (DM) cho sản lượng khí sinh học cao hơn sử dụng lục bình và rơm không qua ngâm nước hầm ủ. Sản lượng khí sinh học tích lũy ở các nghiệm thức thay thế phân heo bằng thực vật thủy phân tăng dần khi tỉ lệ thay thế thực vật thủy phân tăng dần, nhìn chung cao hơn so với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2008) trên lục bình, rơm và cỏ lông tây khô cho sản lượng khí sinh học ở thời điểm 14 ngày ở nghiệm thức thay thế 20 % và 40 % thưc liệu lần lược là 0,051 m 3 /kg OM và 0,075 m 3 /kg OM, còn thí nghiệm của chúng tôi sau 10 ngày lần lượt là 0,088 m 3 /kg OM và 0,098 m 3 /kg OM. Sự sai khác có thể do thực vật sử dụng trong thí nghiệm được thủy phân trước nên cho năng suất khí sinh học cao. Nhìn chung, với kết quả bảng 3, sản lượng khí sinh học tích lũy của thực vật cao khi thủy phân với nước hầm ủ, đặc biệt lục bình ngâm nước hầm ủ cho sản lượng khí sinh học cao nhất và ở mức độ tỉ lệ thay thế thực vật thủy phân càng cao cho sản lượng khí sinh học càng lớn. Vì thế, sử dụng thực vật đã thủy phân với nước hầm ủ kết hợp với phân heo cho sản lượng khí sinh học cao hơn là chỉ dụng phân heo là nguyên liệu nạp. Biểu đồ 1. Sản lƣợng khí sinh học tích lũy của lục bình, rơm và cỏ lông tây thủy phân Qua biểu đồ 1 ta thấy, sản lượng khí sinh học tích lũy của ba loại thực liệu thủy phân tăng dần theo thời gian thí nghiệm. Trong 5 ngày đầu sản lượng khí sinh học tích lũy của 3 loại thực liệu thủy phân tăng nhanh, từ ngày 5 trở về sau sản lượng khí sinh học ở các thực liệu thủy phân tăng chậm lại có thể do hàm lượng dưỡng chất đã giảm đáng kể. Trong đó lục bình thủy phân cho sản lượng khí sinh học cao nhất và thấp nhất là cỏ lông tây thủy phân. 7 0.00 0.04 0.08 0.12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian thí nghiệm (ngày) Khí sinh học (m3/kgOM) 0% 20% 40% 60% 80% 100% Theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2008) thì sản lượng khí sinh học của lục bình và rơm qua thời gian thí nghiệm tăng cao hơn cỏ lông tây, nguyên nhân cỏ lông tây có sản lượng khí sinh học thấp được giải thích là do hàm lượng chiết chất không đạm của cỏ lông tây cao hơn rơm và lục bình làm sản sinh nhiều axit hữu cơ ức chế vi khuẩn sinh khí hoạt động và kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của chúng tôi. Vì vậy, lục bình và rơm thủy phân thích hợp sản xuất khí sinh học hơn cỏ lông tây thủy phân. Biểu đồ 2. Sản lƣợng khí sinh học tích lũy qua thời gian với các tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật Qua biểu đồ 2 ta thấy, sản lượng khí sinh học tích lũy theo tỉ lệ thay thế của thực vật thủy phân tăng dần theo thời gian ủ. Trong 5 ngày đầu sản lượng khí sinh học theo tỉ lệ thay thế của thực vật thủy phân tăng nhanh, từ ngày 5 trở về sau sản lượng khí sinh học ở các thực liệu thủy phân tăng chậm lại. Trong đó thay thế 100 % thực vật thủy phân cho sản lượng khí sinh học cao nhất, thấp nhất là thay thế 0 % thực vật thủy phân. Nguyễn Văn Thu (2008) trình bày là sản lượng khí sinh học của tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật tăng dần theo thời gian (thí nghiệm 60 ngày) và năng suất khí tăng dần khi tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật tăng dần (từ 0 – 50 %). Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của chúng tôi. Vì vậy, sử dụng thực vật thủy phân bằng nước hầm kết hợp với phân heo cho năng suất khí sinh học tốt hơn là chỉ sử dụng phân heo. Do đó, sử dụng thực vật thủy phân bằng nước hầm ủ sản xuất khí sinh học là khả thi. Tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học sản sinh ra qua các giai đoạn Bảng 4 cho ta thấy tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học theo thời gian ủ của từng loại thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Tương tác giữa thực vật thủy phân và tỉ lệ thay thế từ ngày thứ 2 đến ngày thứ 10 khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05). Tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học của từng loại thực vật thủy phân giảm dần theo tỉ lệ thay thế. Từ ngày 4 - 5, tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học tăng dần và lục bình thủy phân cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học là 66,1 % và rơm thủy phân là 61,4 %, cao hơn cỏ lông tây thủy phân là 46,8 %. 8 Bảng 4. Tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học qua các giai đoạn Chỉ tiêu Thực liệu (TL) % thay thế (TT) P TG ủ (ngày) LBTP RTP CLTTP 0 20 40 60 80 100 TLTP TT TLTP*TT 0-1 37,2 a 35,9 a 27,8 b 37,6 e 35,6 ef 33,9 ef 32,2 f 31,6 f 31,0 f 0,001 0,001 0,131 1-2 48,6 a 45,9 b 36,8 c 50,9 e 45,0 f 43,6 fg 42,1 fg 41,0 g 40,2 g 0,001 0,001 0,001 2-3 58,6 a 57,0 b 42,3 c 59,4 e 54,6 f 52,7 fg 50,9 gh 49,6 gh 48,7 h 0,001 0,001 0,001 3-4 64,4 a 62,1 b 43,7 c 64,3 e 57,3 f 56,7 f 55,3 fg 53,9 fg 52,8 g 0,001 0,001 0,001 4-5 66,1 a 61,4 b 46,8 c 66,4 e 59,1 f 57,3 fg 56,2 fg 55,3 fg 54,1 g 0,001 0,001 0,001 5-7 63,7 a 59,3 b 44,6 c 60,3 e 58,3 ef 56,3 efg 54,4 fg 53,7 g 52,0 g 0,001 0,001 0,001 7-10 57,4 a 56,2 a 44,0 b 55,4 e 54,0 ef 53,1 efg 52,0 fgh 51,0 gh 49,7 h 0,001 0,001 0,001 RTP: rơm thủy phân nước hầm ủ, LBTP: lục bình thủy phân nước nước hầm ủ, CLTTP: cỏ lông tây thủy phân nước nước hầm ủ, TLTP: thực liệu thủy phân,TT: tỉ lệ thay thế, TLTP*TT: tương tác giữa thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế, a,b,c,e,f,g,h :các giá trị trung bình mang các chữ khác nhau trên cùng một hàng là khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) 9 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian thí nghiệm (ngày) Tỉ lệ khí mêtan (%) LB R CLT Từ ngày 5 đến ngày 10 tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học của từng loại thực vật thủy phân giảm. Điều này cho thấy lục bình và rơm thủy phân nước hầm ủ cho tỉ lệ khí mêtan cao hơn cỏ lông tây thủy phân. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2008) trên lục bình, rơm và cỏ lông tây khô ở thời điểm 60 ngày cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học của rơm và lục bình lần lược là 58,3 % và 46,8 % cao hơn cỏ lông tây là 43,6 %. Tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học giảm dần khi tỉ lệ thay thế thực vật tăng. Từ ngày 4 đến ngày 5, nghiệm thức 100 % phân heo cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học cao nhất 66,4 % và thấp nhất ở tỉ lệ thay thế 100 % thực vật thủy phân cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học là 54,1 %. Khi tăng tỉ lệ thay thế thực vật lên cao sẽ làm lượng xơ tăng cao làm tỉ lệ C tổng số tăng dẫn đến tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học giảm. Tỉ lệ khí mêtan thích hợp cho đun nấu là trên 50 phần trăm khí mêtan (Ngô Kế Sương và Nguyễn Lân Dũng, 1997), do đó thay thế phân heo bằng thực vật cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học có lợi cho đun nấu từ biogas. Biểu đồ 3. Tỉ lệ khí mêtan sinh ra của khí sinh học qua thời gian của 3 loại thực vật Qua biểu đồ 3 ta thấy, tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học ở 3 loại thực vật tăng nhanh từ ngày 1 đến ngày 5 và giảm dần từ ngày 5 đến ngày 10. Ở thời điểm ngày thứ 5, lục bình thủy phân có tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học cao nhất, kế đó là rơm thủy phân và thấp nhất là cỏ lông tây thủy phân. Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2008) thí nghiệm trên ống tiêm 50 ml trong điều kiện in vitro cho thấy tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học của lục bình, rơm và cỏ lông tây lần lượt là 58,3 %, 46,8 % và 43,6 %. Trong khi thí nghiệm của chúng tôi qua 5 ngày thí nghiệm có tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học của lục bình, rơm và cỏ lông tây lần lượt là 56,7 %, 54,3 % và 41,0 %. 10 20 40 60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian thí nghiệm (ngày) Tỉ lệ khí mêtan (%) 0% 20% 40% 60% 80% 100% Biểu đồ 4. Tỉ lệ khí mêtan (%) theo tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật giai đoạn 7 – 10 ngày Qua biểu đồ 4 ta thấy, tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học theo tỉ lệ thay thế tăng dần từ ngày 1 đến ngày 5. Trong đó nghiệm thức 100 % phân heo cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học cao nhất và thay thế 100 % thực vật thủy phân cho tỉ lệ khí mêtan thấp nhất. Từ ngày thứ 5 trở về sau tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học giảm. Điều này chứng tỏ, tỉ lệ khí mêtan của khí sinh phụ thuộc lớn vào chất lượng của nguyên liệu nạp, nguyên liệu có hàm lượng dưỡng chất cao sẽ cho tỉ lệ khí mêtan cao và ổn định hơn. y = -0.0557x + 55.323 R 2 = 0.9961 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 0 20 40 60 80 100 Tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật thủy phân (%) Tỉ lệ khí mêtan (%) Biểu đồ 5. Tỉ lệ khí mêtan (%) giảm theo tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật thủy phân Ở các tỉ lệ thay thế thì tỉ lệ thay thế phân heo bằng 20 % thực vật thủy phân cho tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học tốt hơn so với các tỉ lệ thay thế khác, và tỉ lệ thay thế thực vật cao hơn sẽ ảnh hưởng kém đến chất lượng khí sinh học. [...]... là sản lượng khí mêtan của khí sinh học ở lục bình và rơm thủy phân cao hơn cỏ lông tây thủy phân Tóm lại, từ các kết quả trên cho thấy thực vật được thủy phân trước khi thí nghiệm bằng nước thải hầm ủ rút ngắn được thời gian sản xuất khí mêtan của khí sinh học và sử dụng lục bình, rơm thủy phân sản xuất khí sinh học cho sản lượng khí mêtan tốt hơn sử dụng cỏ lông tây thủy phân bằng nước thải hầm ủ Sản. .. ngày thí nghiệm sản lượng khí mêtan của khí sinh học tăng dần và lục bình thủy phân cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học cao nhất 0,064 m3/kg OM, kế đó là rơm thủy phân với 0,057 m3/kg OM và thấp nhất là cỏ lông tây thủy phân với 0,032 m3/kg OM Điều này cho thấy lục bình và rơm thủy phân cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học cao hơn cỏ lông tây thủy phân Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu... (2008), sử dụng 3 loại thực vật lục bình, rơm và cỏ lông tây thí nghiệm trên hệ thống ống tiêm thủy tinh 50 ml cho thấy trong điều kiện in vitro cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học ở lục bình và rơm cao hơn cỏ lông qua 60 ngày thí nghiệm, nguyên nhân được giải thích là do cỏ lông tây sản sinh nhiều axit hữu cơ ức chế vi khuẩn sinh khí mêtan hoạt động, kết quả nghiên cứu đó phù hợp với kết quả nghiên... trên hệ thống ống tiêm thủy tinh 50 ml, trong điều kiện in vitro với 3 loại thực vật: lục bình, rơm và cỏ lông tây, qua 60 ngày cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học của lục bình và rơm lần lượt là 0,136 m3/kg OM và 0,079 m3/kg OM cao hơn cỏ lông tây là 0,028 m3/kg OM Sản lượng khí mêtan của khí sinh học ở tỉ lệ thay thế phân heo bằng thực vật thủy phân tăng dần theo thời gian và tăng dần theo tỉ lệ... của khí sinh học của 3 loại thực vật thủy phân tăng qua thời gian Trong đó lục bình và rơm thủy phân có sản lượng khí mêtan của khí sinh học cao hơn cỏ lông tây thủy phân Trong 5 ngày đầu sản lượng khí mêtan của khí sinh học của 3 loại thực liệu tăng nhanh, do dưỡng chất trong giai đoạn này còn nhiều làm sản lượng khí mêtan cao Từ ngày thứ 5 trở về sau lượng dưỡng chất đã giảm đi nhiều nên sản lượng khí. .. tương đương và cao hơn so với việc chỉ dùng phân heo làm nguyên liệu sản xuất khí sinh học Vì vậy có thể sử dụng thực vật thủy phân vào quá trình sản xuất khí sinh học Tuy nhiên tỉ lệ khí mêtan trong khí sinh học sẽ thấp hơn, cần được tiếp tục nghiên cứu để cải thiện cho phù hợp hơn nhằm phục vụ cho thực tế sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO AOAC (1990), Official methods of analysis (15th edition), Washington,... chậm lại Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Thu (2008) trên hệ thống ống tiêm thủy tinh 50 ml trong điều kiện in vitro, qua thời gian 60 ngày sản lượng khí mêtan của khí sinh học tăng dần từ nghiệm thức thay thế 10 % thực vật đến nghiệm thức thay thế 50 % thực vật KẾT LUẬN Kết quả của thí nghiệm này cho phép ta kết luận là thực vật được thủy phân cho sản lượng khí sinh học tương... Sản lượng khí mêtan tích lũy của khí sinh học của 3 loại thực vật thủy phân với các tỉ lệ thay thế khác nhau tăng theo thời gian Trong đó tỉ lệ thay thế 100 % thực vật cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học tăng cao nhất so với các tỉ lệ thay thế khác Trong 5 13 ngày đầu sản lượng khí mêtan của khí sinh học với các tỉ lệ thay thế khác nhau tăng nhanh, từ ngày thứ 5 trở về sau sản lượng khí mêtan... vật thủy phân Ở tỉ lệ 100 % thực vật thủy phân cho sản lượng khí mêtan của khí sinh học cao nhất là 0,063 m3/kg OM so với các tỉ lệ thay thế khác Khí mêtan (m3/kgOM) 0.08 0.06 LBTP 0.04 RTP CLTTP 0.02 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian thí nghiệm (ngày) Biểu đồ 6 Sản lƣợng khí mêtan tích lũy của khí sinh học của 3 loại thực liệu thủy phân qua thời gian ở thí nghiêm 2 Qua biểu đồ 6 ta thấy sản lượng khí. .. rơm thủy phân nước hầm ủ, LBTP: lục bình thủy phân nước nước hầm ủ, CLTTP: cỏ lông tây thủy phân nước nước hầm ủ, TLTP: thực liệu thủy phân, TT: tỉ lệ thay thế, TLTP*TT: tương tác giữa thực liệu thủy phân và tỉ lệ thay thế, a,b,c,e,f,g,h,i:các giá trị trung bình mang các chữ khác nhau trên cùng một hàng là khác biệt có ý nghĩa thống kê (P < 0,05) 12 Bảng 5 cho thấy sản lượng khí mêtan của khí sinh học . gian sản xuất khí mêtan của khí sinh học và sử dụng lục bình, rơm thủy phân sản xuất khí sinh học cho sản lượng khí mêtan tốt hơn sử dụng cỏ lông tây thủy phân bằng nước thải hầm ủ. Sản lượng khí. năng suất khí sinh học tốt hơn là chỉ sử dụng phân heo. Do đó, sử dụng thực vật thủy phân bằng nước hầm ủ sản xuất khí sinh học là khả thi. Tỉ lệ khí mêtan của khí sinh học sản sinh ra qua. 1 KẾT QUẢ SỬ DỤNG LỤC BÌNH SO VỚI RƠM VÀ CỎ LÔNG TÂY ĐƢỢC THỦY PHÂN ĐỂ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) Ở IN VITRO GS. TS. Nguyễn Văn Thu Bộ Môn Chăn