Đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ khí sinh học (biogas) quy mô hộ gia đình tại xã bình dương huyện vĩnh tường tỉnh vĩnh phúc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
----------o0o----------

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH XỬ LÝ CHẤT THẢI
CHĂN NI BẰNG CƠNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC (Biogas)
QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ BÌNH DƢƠNG
HUYỆN VĨNH TƢỜNG - TỈNH VĨNH PHÚC
NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
MÃ SỐ: 306
Giáo viên hướng dẫn

: ThS. Nguyễn Thị Bích Hảo

Sinh viên thực hiện

: Lê Thị Bích

Mã sinh viên

: 1453060898

Lớp

: 59A - KHMT

Khóa

: 2014 - 2018

Hà Nội, 2018


LỜI CÁM ƠN
Đƣợc sự đồng ý của nhà trƣờng, khoa quản lý tài nguyên rừng và môi
trƣờng em đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp xã Bình Dƣơng. Sau thời gian
dài thực tập, nghiên cứu, đến nay khóa luận đã hồn thành. Để đạt đƣợc kết
quả của bài khóa luận hoàn thiện nhƣ hiện nay là nhờ sự hƣớng dẫn, chỉ bảo,
giúp đỡ của các thầy cô giáo trong trƣờng Đại Học Lâm Nghiệp Việt Nam và
các ban ngành tại địa phƣơng. Nhân dịp này, em xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn
của mình tới những ngƣời giúp đỡ em hồn thành khóa luận tốt nghiệp.
Trƣớc hết, em xin đƣợc bầy tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới cơ giáo ThS.
Nguyễn Thị Bích Hảo, giáo viên bộ mơn Kỹ thuật môi trƣờng là ngƣời đã
trực tiếp hƣớng dẫn và hết lịng giúp đỡ, đóng góp những ý kiến q báu và
hỗ trợ em trong suốt q trình thực hiện khóa luận. Ban lãnh đạo trƣờng Đại
học Lâm nghiệp, các thầy cô trong khoa Quản lý tài nguyên rừng và môi
trƣờng đã hết sức giúp đỡ em trong quá trình thực hiện khóa luận.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị,các ban ngành đoàn thể tại
UBND, ngƣời dân, các hộ gia đình trên địa bàn xã Bình Dƣơng đã cung cấp
rất nhiều thơng tin liên quan giúp em hồn thiện khóa luận.Mặc d , đã hết sức
nỗ lực để thực hiện đề tài, thế nhƣng bƣớc đầu đi vào thực tế cịn nhiều hạn
chế, nhiều bỡ nên hóa luận khơng thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định.
Vì vậy, em rất mong nhận đƣợc sự đóng góp và đánh giá của các thầy cơ để
khóa luận đƣợc hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày…tháng…năm 2018

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Bích

i


TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG
=======================
TĨM TẮT KHĨA LUẬN

1. Tên khóa luận: “Đánh giá hiện trạng sử dụng mơ hình xử lý chất thải
chăn ni bằng cơng nghệ khí sinh học (Biogas) quy mơ hộ gia đình tại xã
Bình Dƣơng - huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc.”
2. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Bích
3. Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Bích Hảo
4. Mục tiêu nghiên cứu:
4.1 Mục tiêu chung
Đề tài đƣợc thực hiện nhằm góp phần nâng cao hiệu quả xử lý và quản
lý chất thải chăn nuôi, từ đó góp phần thúc đẩy cơng tác bảo vệ mơi trƣờng tại
xã Bình Dƣơng - huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc.
4.2 Mục tiêu cụ thể
- Xác định đƣợc hiện trạng chất thải rắn phát sinh từ hoạt động chăn
nuôi tại xã Bình Dƣơng - huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc.
- Đánh giá đƣợc hiện trạng sử dụng mô hình xử lý chất thải rắn chăn
ni bằng cơng nghệ khí sinh học (Biogas) từ đó đề xuất đƣợc một số giải
pháp giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng mơ hình xử lý tại khu vực nghiên
cứu.
5. Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu hiện trạng chất thải rắn phát sinh từ hoạt động chăn ni tại
xã Bình Dƣơng - huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc trong 3 năm giai đoạn

2015-2017.
- Đánh giá hiện trạng sử dụng mơ hình xử lý chất thải rắn chăn ni
bằng cơng nghệ khí sinh học (Biogas) hình tại khu vực nghiên cứu.
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng và phát triển mơ hình xử
lý tại khu vực nghiên cứu
ii


6. Kết quả đạt đƣợc
- Điều tra đƣợc hiện trạng chất thải rắn phát sinh từ hoạt động chăn
nuôi, đƣa ra hối lƣợng chất thải chăn nuôi phát sinh tại xã Bình Dƣơng huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc trong 3 năm giai đoạn 2015-2017.
- Đƣa ra đƣợc trạng sử dụng cơng nghệ khí sinh học Biogas tại khu vực
nghiên cứu số lƣợng và các loại hầm đƣợc sử dụng.
- Đánh giá đƣợc lợi ích về kinh tế, lợi ích về môi trƣờng và tiềm năng
phát triển ứng dụng công nghệ Biogas tại địa phƣơng.
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng và phát triển mô hình xử
lý tại địa phƣơng.

iii


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN1
GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮTvii
DANH MỤC BẢNG BIỂUviii
DANH MỤC HÌNH ẢNHx
ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................... 1
CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................. 3
1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi ............................................................... 3
1.1.1 Chất thải chăn nuôi................................................................................... 3

1.1.2 Phân loại chất thải chăn nuôi ................................................................... 3
1.2 Tổng quan về cơng nghệ khí sinh học Biogas ............................................ 6
1.2.1 Khái niệm về khí sinh học........................................................................ 6
1.2.2 Vai trị, tác dụng của khí sinh học Biogas ............................................... 6
1.2.3 Hoạt động và cấu tạo của hầm ủ .............................................................. 7
1.2.4 Nguyên liệu sản xuất, các nhân tối ảnh hƣởng đến q trình lên men tạo
khí ...................................................................................................................... 9
1.2.5 Các loại hầm ủ Biogas............................................................................ 12
1.3 Tình hình phát triển cơng nghệ hí sinh học Biogas tại Việt Nam ........... 15
1.4 Tình hình phát triển cơng nghệ khí sinh học Biogas tại xã Bình Dƣơng . 16
CHƢƠNG II MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
......................................................................................................................... 18
2.1 Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 18
2.1.1 Mục tiêu chung ...................................................................................... 18
2.1.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................................... 18
2.2 Đối tƣợng – Phạm vi nghiên cứu .............................................................. 18
2.2.1 Đối tƣợng ............................................................................................... 18
2.2.2 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 18
2.3 Nôi dung nghiên cứu ................................................................................. 18
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu........................................................................... 19
iv


2.4.1 Phƣơng pháp ế thừa tài liệu.................................................................. 19
2.4.2 Phƣơng pháp điều tra khảo sát thực địa ................................................. 20
2.4.3 Phƣơng pháp điều tra xã hội .................................................................. 20
2.4.4 Phƣơng pháp phân tích số liệu ............................................................... 20
2.4.5 Phƣơng pháp phân tích lợi ích chi phí (CBA) ....................................... 22
CHƢƠNG III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – KINH TẾ - XÃ HỘI KHU VỰC
NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 24

3.1 Vị trí địa lý ................................................................................................ 24
3.2 Điều kiện tự nhiên ..................................................................................... 24
3.2.1 Địa hình, đất đai ..................................................................................... 24
3.1.3 Thời tiết, khí hậu .................................................................................... 24
3.1.4 Mạng lƣới thủy văn ................................................................................ 25
3.2 Điều kiện kinh tế, xã hội ........................................................................... 25
3.2.1 Tình hình phát triển kinh tế .................................................................... 25
3.2.2 Tình hình dân số và lao động của xã trong 3 năm 2015 – 2017 ............ 25
3.2.3 Tình hình sử dụng đất đai....................................................................... 27
3.2.4 Cơ sở hạ tầng kỹ thuật............................................................................ 27
3.2.5 Văn hóa - Xã hội .................................................................................... 28
3.3 An ninh - chính trị ..................................................................................... 28
CHƢƠNG IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ...................................................... 29
4.1 Hiện trạng chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi tại xã Bình Dƣơng huyện Vĩnh Tƣờng - tỉnh Vĩnh Phúc............................................................... 29
4.1.1 Thực trạng hoạt động chăn nuôi của xã Bình Dƣơng ............................ 29
4.1.2 Thực trạng chất thải phát sinh từ hoạt động chăn ni tại xã Bình Dƣơng
......................................................................................................................... 31
4.1.3 Ảnh hƣởng của hoạt động chăn nuôi đến môi trƣờng xung quanh tại địa
bàn xã .............................................................................................................. 36
4.2 Hiện trạng sử dụng mơ hình xử lý chất thải rắn chăn ni bằng cơng nghệ
khí sinh học (Biogas) tại xã Bình Dƣơng........................................................ 38
v


4.2.1 Thực trạng sử dụng hầm Biogas ............................................................ 38
4.2.2 Đánh giá hiệu quả mơ hình khí sinh học Biogas ở xã Bình Dƣơng ...... 44
4.2.3 Thuận lợi và hó hăn trong việc sử dụng mơ hình Biogas .................. 55
4.3 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng và phát triển mơ hình xử lý
tại khu vực nghiên cứu. ................................................................................... 57
4.3.1 Giải pháp quản lý ................................................................................... 57

4.3.2 Giải pháp kỹ thuật .................................................................................. 57
4.3.4 Giải pháp kinh tế .................................................................................... 58
CHƢƠNG V KẾT LUẬN – TỒN TẠI – KHUYẾN NGHỊ........................... 59
5.1 Kết luận ..................................................................................................... 59
5.2 Tồn tại ....................................................................................................... 60
5.3 Khuyếnn nghị ............................................................................................ 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

vi


GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
BCR

:

Benefit Cost Ratio
(Tỷ số lợi ích chi phí)

CBA

:

Cost Benefit Analysis
(Phân tích lợi ích – Chi phí)

IRR

:

Internal Rate Of Return
(Tỷ suất hồn vốn nội bộ)

KH

:

Kế hoạch

KSH

:

Khí sinh học

LĐ

:

Lao động

NN

:

Nơng nghiệp

NPV

:

Giá trị hiện tại rịng

PVB

:

Hiện giá lợi ích

PVC

:

Hiện giá chi phí

SL

:

Số lƣợng

SWOT

:

Strengths: Các điểm mạnh
Wea nesses: Các điểm yếu
Opportunities: Cơ hội
Threats: Thách thức

TCN

:

Tiêu chuẩn ngành

TM - DV

:

Thƣơng mại - Dịch vụ

TNMT

:

Tài nguyên môi trƣờng

TTCN – XD

:

Tiểu thủ công nghiệp - Xây dựng

UBND

:

Ủy ban nhân dân

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 Một số chỉ tiêu của nƣớc thải chăn nuôi lợn ................................. 5
Bảng 3. 1 Dân số và lao động của xã Bình Dƣơng trong 3 năm 2015 2017 .. 25
Bảng 4. 1 Tổng hợp số liệu gia súc, gia cầm trên địa bàn xã Bình Dƣơng giai
đoạn 2015-2017 ............................................................................................... 29
Bảng 4.2 Lƣợng phân phát sinh của 01 vật nuôi trong 01 ngày đêm ............. 32
Bảng 4. 3 Khối lƣợng chất thải rắn (phân) phát sinh trong hoạt động chăn
ni của xã Bình Dƣơng trong giai đoạn 2015-2017...................................... 32
Bảng 4. 4 Khối lƣợng nƣớc thải phát sinh của vật nuôi.................................. 33
Bảng 4. 5 Khối lƣợng chất thải lỏng phát sinh trong hoạt động chăn nuôi của
xã Bình Dƣơng trong giai đoạn 2015-2017 .................................................... 34
Bảng 4. 6 Mức độ sinh khí của một số phân gia súc, gia cầm ........................ 34
Bảng 4. 7 Khối lƣợng chất thải khí phát sinh trong hoạt động chăn ni của xã
Bình Dƣơng trong giai đoạn 2015-2017 ......................................................... 35
Bảng 4. 8 Nhân khẩu và lao động của các hộ điều tra ở xã Bình Bƣơng ....... 39
Bảng 4. 9 Quy mơ đất đai bình quân hộ điều tra ở xã Bình Dƣơng ............... 40
Bảng 4. 10 Quy mô đàn gia súc, của các hộ điều tra ở xã Bình Dƣơng ......... 41
Bảng 4. 11 Tình hình sử dụng hầm Biogas của các hộ điều tra ở xã Bình
Dƣơng .............................................................................................................. 43
Bảng 4. 12 Chi phí xây dựng hầm Biogas và mức hỗ trợ của các .................. 44
Bảng 4. 13 Chi phí chất đốt hàng tháng trƣớc và sau sử dụng biogas của hộ điều
tra ..................................................................................................................... 45
Bảng 4. 14 Ý kiến đánh giá về tiết kiệm chi phí nguyên liệu sau khi sử dụng
......................................................................................................................... 47
Bảng 4. 15 Mục đích sử dụng phụ phẩm từ hầm Biogas tại các hộ đều tra ... 48
Bảng 4. 16 Kết quả các chỉ số đánh giá hiệu quả kinh tế của hầm Biogas ..... 50

Bảng 4. 17 Lƣợng chất thải của vật nuôi hằng ngày ở các hộ điều tra ........... 51
Bảng 4. 18 Ý kiến đánh giá về chất lƣợng môi trƣờng sau khi sử dụng Biogas
của các hộ điều tra ........................................................................................... 52
viii


Bảng 4. 19 Ý kiến đánh giá về thay đổi môi trƣờng sống của các hộ điều tra 54
Bảng 4. 20 Ý kiến đánh giá về tiết kiệm thời gian sau khi sử dụng Biogas của
các hộ điều tra ................................................................................................. 54
Bảng 4. 21 Bảng phân tích hiệu quả sử dụng mơ hình Biogas trên địa bàn xã
Bình Dƣơng ..................................................................................................... 55

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định .................................................... 12
Hình 1. 2 Hầm ủ nắp vịm cố định Trung Quốc.............................................. 13
Hình 1. 3 Túi Biogas bằng nhựa dẻo............................................................... 13
Hình 1. 4 Hầm nhựa Composite...................................................................... 14
Hình 1. 5 Hầm Biogas phủ bạt nhựa ............................................................... 14

x


ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam là một nƣớc nông nghiệp với khoảng 70% số dân sống ở
vùng nông thôn. Sản xuất nơng nghiệp đóng vai trị rất quan trọng trong nền
kinh tế - xã hội nƣớc ta. Những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển khá
mạnh về cả số lƣợng lẫn quy mô. Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông

hộ, thiếu quy hoạch, nhất là các v ng dân cƣ đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi
trƣờng ngày càng trầm trọng. Ơ nhiễm mơi trƣờng do chăn ni gây nên chủ
yếu từ các nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia
cầm chết chôn lấp, tiêu hủy hông đúng ỹ thuật. Đặc biệt chất thải gia súc có
mùi hơi, thối làm ơ nhiễm nguồn nƣớc, hơng hí và đất, ảnh hƣởng xấu đến
mơi trƣờng sống và sức khỏe của cộng đồng dân cƣ. Hiện nay, có nhiều biện
pháp để xử lý chất thải từ gia súc nhƣ: hệ thống Biogas, bể chứa phân, bón
phân đã xử lý vào đất, sử dụng cây xanh để hấp thụ chất thải,.... Trong đó, xây
dựng hệ thống Biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất
và hiệu quả nhất. Biogas biến đổi chất thải từ gia súc thành nguồn năng lƣợng
có thể d ng để đun nấu,sƣởi ấm, thắp sáng, tạo nguồn phân bón sạch cho cây
trồng làm sạch mơi trƣờng. Hiện nay, nƣớc ta đã áp dụng một số mơ hình
Biogas của các nƣớc Trung Quốc, Ấn Độ, Colombia... có hiệu quả và đƣợc bà
con nông dân ủng hộ. Việc ứng dụng rộng rãi mơ hình trên cả nƣớc, nhất là
v ng nông thôn đã phần nào giải quyết đƣợc vấn đề trên.
Bình Dƣơng là một xã của huyện Vĩnh Tƣờng có ngành chăn ni phát
triển sự gia tăng mạnh mẽ về số lƣợng đàn gia súc, gia cầm, chất thải từ hoạt
động chăn nuôi cũng đang ngày một tăng lên gây ô nhiễm môi trƣờng và ảnh
hƣởng đến cuộc sống của ngƣời dân. Để khắc phục tình trạng ơ nhiễm mơi
trƣờng trong chăn ni nói chung và chăn ni lợn, ni trâu, bị nói riêng ở
xã Bình Dƣơng, ngƣời dân đã ứng dụng công nghệ hầm ủ Biogas, bƣớc đầu
đã mang lại những kết quả khả quan nhƣ: hạn chế sự ơ nhiễm mơi trƣờng
xung quanh, hạn chế đƣợc tình hình dịch, bệnh lây lan, tạo ra nguồn khí gas
làm chất đốt, tạo ra nguồn điện thắp sáng,... Có thể thấy việc ngƣời dân sử
dụng hầm ủ Biogas trong chăn ni ngày càng cao do những lơi ích nó mag
lại, tính đến năm 2017 đã có 586 hầm Biogas đƣợc xây dựng trên địa bàn xã.

1

Để làm rõ hơn điều này, tôi đã chọn đề tài: “Đánh giá hiện trạng sử
dụng mơ hình xử lý chất thải chăn ni bằng cơng nghệ khí sinh học
(Biogas) quy mơ hộ gia đình tại xã Bình Dƣơng - huyện Vĩnh Tƣờng tỉnh Vĩnh Phúc.”. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể đƣợc sử dụng nhƣ
một cơ sở thực tiễn cho việc nâng cao hiệu quả quản lý và sử dụng công nghệ
Biogas của địa phƣơng trong tƣơng lai.

2


CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi
1.1.1 Chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi là những chất thải phát sinh trong q trình chăn
ni nhƣ phân, nƣớc tiểu, thức ăn thừa, xác súc vật, nƣớc vệ sinh chuồng
trại,…Chất thải trong chăn ni có nhiều chất hữu cơ, vơ cơ, vi sinh vật có
khả năng gây bệnh cho vật ni, con ngƣời.
Các chất thải chăn nuôi đƣợc phát sinh chủ yếu từ:
- Chất thải của bản thân gia súc, gia cầm nhƣ phân, nƣớc tiểu, lông,
vảy da và các phủ tạng loại thải của gia súc, gia cầm...
- Nƣớc thải từ quá trình tắm gia súc, rửa chuồng hay rửa dụng cụ và
thiết bị chăn nuôi, nƣớc làm mát hay từ các hệ thống dịch vụ chăn nuôi…
- Thức ăn thừa, các vật dụng chăn nuôi, thú y bị loại ra trong q
trình chăn ni.
- Bệnh phẩm thú y, xác gia súc, gia cầm chết.
- Bùn lắng từ các mƣơng dẫn, hố chứa hay lƣu trữ và chế biến hay
xử lý chất thải. (Bùi Hữu Đoàn, 2011)
1.1.2 Phân loại chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi đƣợc chia làm 3 loại: Chất thải rắn, chất thải
lỏng, chất thải khí.
a) Chất thải rắn

Chất thải rắn là hỗn hợp các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng
ký sinh trùng có thể gây bệnh cho ngƣời và gia súc khác.
Chất thải rắn gồm phân, thức ăn thừa của gia súc, gia cầm vật liệu
lót chuồng, xác súc vật chết... Chất thải rắn có độ ẩm từ 56-83% tùy theo
phân của các lồi gia súc gia cầm khác nhau và có tỉ lệ NPK cao.Xác súc
vật chết do bệnh, do bị dẫm đạp, đè chết, do sốc nhiệt, cần đƣợc thu gom và
xử lý triệt để. (Vũ Đình Tơn, 2011)

3


 Phân
Phân là sản phẩm loại thải của quá trình tiêu hoá của gia súc, gia
cầm bị bài tiết ra ngồi qua đƣờng tiêu hóa. Chính vì vậy phân gia súc là
sản phẩm dinh dƣỡng tốt cho cây trồng hay các loại sinh vật khác nhƣ cá,
giun,…
Thành phần hoá học của phân bao gồm:
- Các chất hữu cơ gồm các chất protein, carbonhydrate, chất béo và
các sản phẩm trao đổi của chúng.
- Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất hoáng (đa lƣợng, vi lƣợng).
- Nƣớc (H20): là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65 – 80%
khối lƣợng của phân.
- Dƣ lƣợng của thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm các thuốc kích
thích tăng trƣởng, các hormone hay dƣ lƣợng kháng sinh…
- Các men tiêu hóa của bản thân gia súc, chủ yếu là các men tiêu hóa
sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và đƣợc thải ra ngồi…
- Các mơ và chất nhờn tróc ra từ niêm mạc đƣờng tiêu hoá .
- Các thành phần tạp từ môi trƣờng thâm nhập vào thức ăn trong q
trình chế biến thức ăn hay q trình ni dƣỡng gia súc (cát, bụi,…).
- Các yếu tố gây bệnh nhƣ các vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm

trong đƣờng tiêu hoá gia súc hay trong thức ăn. (Bùi Hữu Đoàn, 2011)
 Xác gia súc, gia cầm chết
Xác gia súc, gia cầm chết là một loại chất thải đặc biệt của chăn
nuôi. Thƣờng các gia súc, gia cầm chết do các nguyên nhân bệnh lý, cho
nên chúng là một nguồn phát sinh ô nhiễm nguy hiểm, dễ lây lan các dịch
bệnh. Xác gia súc chết có thể bị phân hủy tạo nên các sản phẩm độc. Các
mầm bệnh và độc tố có thể đƣợc lƣu giữ trong đất trong thời gian dài hay
lan truyền trong môi trƣờng nƣớc và khơng khí, gây nguy hiểm cho ngƣời,
vận ni và khu hệ sinh vật trên cạn hay dƣới nƣớc. (Bùi Hữu Đoàn, 2011).

4


 Thức ăn thừa, ổ lót chuồng và các chất thải khác
Trong các chuồng trại chăn nuôi, ngƣời chăn nuôi thƣờng dùng rơm,
rạ hay các chất độn hác,… để lót chuồng. Sau một thời gian sử dụng,
những vật liệu này sẽ đƣợc thải bỏ đi. Loại chất thải này tuy chiếm khối
lƣợng không lớn, nhƣng chúng cũng là một nguồn gây ô nhiễm quan
trọng, do phân, nƣớc tiểu các mầm bệnh có thể bám theo chúng. (Bùi Hữu
Đồn, 2011).
b) Chất thải lỏng
Chất thải lỏng có khối lƣợng lớn, thƣờng xuất hiện khi bà con vệ sinh
chuồng trại, tắm rửa cho vật nuôi cùng với nƣớc tiểu. Đây là loại chất thải khó
xử lý, khó xử dụng hiện nay, và thƣờng có tác động xấu tới mơi trƣờng.
Thành phần của chất thải lỏng rất phong phú, chúng bao gồm các chất
rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vơ cơ, trong đó nhiều nhất
là các hợp chất chứa nitơ và photpho. Chất thải lỏng còn chứa rất nhiều vi
sinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học
khác.
Bảng 1. 1 Một số chỉ tiêu của nƣớc thải chăn nuôi lợn

STT

Chỉ tiêu

Đơn vị

Nồng độ

1

Độ màu

Pt - Co

350 – 870

2

Độ đục

Mg/l

420 – 550

3

BOD5

Mg/l

3500 – 9800

4

COD

Mg/l

5000 - 120000

5

SS

Mg/l

680 - 1200

6

Ptổng

Mg/l

36 – 72

7

Ntổng

Mg/l

220 - 460

8

Dầu mỡ

Mg/l

5 - 58

(Nguồn: Trương Thanh Cảnh và những người khác, 1997, 1998)

5


c) Chất thải khí
Chăn ni là một ngành sản xuất tạo ra nhiều loại khí thải nhất. Theo
Hobbs và cộng sự (1995), có tới trên 170 chất khí có thể sinh ra từ chăn ni,
điển hình là các khí CO2, CH4, NH3, NO2, N2O, NO, H2S, indol, schatol
mecaptan…và hàng loạt các khí gây mùi khác. Hầu hết các khí thải chăn ni
có thể gây độc cho gia súc, cho con ngƣời và mơi trƣờng.
Chất thải khí sinh ra do hơ hấp của vật nuôi, mùi hôi từ chuồng nuôi,
thƣờng đƣợc tạo thành bởi q trình yếm khí, hiếu khí của chất thải. Quá trình
thối rữa của các chất hữu cơ trong phân, nƣớc tiểu…sẽ sinh ra hí độc, loại
khí này tạo ra mùi hơi khó chịu.
1.2 Tổng quan về cơng nghệ khí sinh học Biogas
1.2.1 Khái niệm về khí sinh học
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí metan (CH4) và một số khí khác

phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Thành phần chính của Biogas là
CH4 (60 - 70%) và CO2 (30 - 40%) còn lại là các chất hác nhƣ hơi nƣớc N2,
O2, H2S, CO… đƣợc thuỷ h phân trong môi trƣờng yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt
độ từ 20 - 400C. CH4 có số lƣợng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lƣợng khí
đốt.
1.2.2 Vai trị, tác dụng của khí sinh học Biogas [9]
a) Cung cấp năng lƣợng sạch
KSH có thành phần chủ yếu là khí mê-tan chiếm gần 60%, CO2 chiếm
gần 40% và là một hí cháy đƣợc, khi cháy ngọn lửa có màu lơ nhạt và khơng
6 có khói. Vì thế KSH là một loại nhiên liệu sạch sử dụng cho đun nấu và
thắp sáng rất thuận tiện. Ngồi ra cũng có thể sử dụng làm nhiên liệu thay thế
xăng dầu chạy các động cơ đốt trong để phát điện, kéo các máy công tác... ở
những vùng thiếu nhiên liệu. KSH còn đƣợc d ng để sấy chè, ấp trứng, sƣởi
ấm gà con, chạy tủ lạnh hấp phụ và rất hiệu quả khi phối hợp với hầm mát để
bảo quản hoa quả tƣơi, ngâm hạt giống.
b) Góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng
Đun nấu bằng KSH không khói bụi, nóng bức. Do vậy giảm các bệnh
về phổi và mắt. Các thiết bị KSH gia đình thƣờng đƣợc nối với nhà xí. Chất
6


thải ngƣời và động vật đƣa vào đây để xử lý nên hạn chế mùi hơi thối. Ruồi
nhặng khơng có chỗ để phát triển. Giảm phát thải khí nhà kính
Cung cấp phân bón hữu cơ và thức ăn chăn ni Phụ phẩm KSH rất
giàu dinh dƣỡng, đặc biệt đạm dạng a-mơn (NH4+), các vitamin... có tác dụng
cải tạo đất, chống bạc màu, tăng hàm lƣợng m n,… Phụ phẩm đƣợc tận dụng
làm phân bón cây hạn chế sử dụng phân hóa học và thuốc trừ sâu.
c) Lợi ích khác
Dùng KSH thay thế xăng dầu, phân hoá học, thuốc trừ sâu, quốc gia sẽ
tiết kiệm đƣợc ngoại tệ cần chi để nhập dầu lửa và các sản phẩm hoá học. Sử

dụng phụ phẩm KSH có tác dụng cải tạo đất, làm tăng độ phì nhiêu của đất,
hạn chế hiện tƣợng đất bị thối hố, xói mịn. Do đó tài ngun đất đƣợc bảo
tồn.
1.2.3 Hoạt động và cấu tạo của hầm ủ
a) Cơ chế lên men khí sinh học
Là q trình mà qua đó các chất hữu cơ nhƣ rơm rạ, phân ngƣời,
phân gia súc, rác thải, bùn, nƣớc thải sinh hoạt và các chất lỏng hữu
cơ,…đƣợc phân hủy bởi một khối lƣợng lớn các vi khuẩn khác nhau, có
chức năng hác nhau trong điều kiện yếm khí. Sự tạo thành khí sinh học là
một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều phản ứng và cuối cùng tạo
khí CH4, CO2 và một số chất hác. Quá trình này đƣợc thực hiện theo nguyên
tắc phân huỷ kỵ hí, dƣới tác dụng của vi sinh vật yếm hí đã phân huỷ từ
những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, một lƣợng
đáng ể chuyển thành khí và dạng chất hoà tan. (Đặng Ngọc Thanh, 1974)
Sự phân huỷ kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản
phẩm trung gian với sự tham gia giữa các chủng loại vi sinh vật rất đa dạng
(Đặng Ngọc Thanh, 1974).
Tiến trình tổng quát nhƣ sau:
VSV
(C6H12O6)n + nH2O

T0=350
pH=7
7

3nCO2 + 3nCH4 + 4,5 Kcal


Một phần CO2 đã bị giữ lại trong một số sản phẩm của quá trình lên
men nhƣ những ion K+, Ca++, NH3+, Na+. Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 6070% CH4 và khoảng 30-40% CO2. Những chất hữu cơ liên kết phân tử thấp

nhƣ: đƣờng, protein, tinh bột và ngay cả cellulose có thể phân huỷ nhanh
thành axit hữu cơ. Các axit hữu cơ này tích tụ nhanh sẽ làm giảm sự phân
huỷ. Ngƣợc lại ligin, cellulose đƣợc phân huỷ từ từ nên gas đƣợc sinh ra một
cách liên tục.
b) Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí
Q trình phân hủy kỵ hí đƣợc chia thành 3 giai đoạn khơng hồn
tồn tách biệt mà đan xen lẫn nhau.
 Giai đoạn thủy phân
Ở giai đoạn này các vi khuẩn tiết ra men hidrolaza phân hủy các
chất hữu cơ phức tạp, khơng tan bên ngồi cơ thể chúng thành các chất hữu
cơ đơn giản và tan đƣợc nhƣ các chất hydrat cacbon (chủ yếu là xenluloza
và tinh bột), chất béo, axit amin dễ tan trong nƣớc.
 Giai đoạn sinh axit
Nhờ các loại vi khuẩn sinh axit béo bậc cao và axit amin thơm đƣợc
sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân hủy thành các axit hữu cơ có phân tử lƣợng
nhỏ hơn nhƣ axit axetic, axit propionic, axit butyric,…các aldehyt, rƣợu
và một số loại hí nhƣ nitơ, hidro, cacbonic, amoniac,…
 Giai đoạn sinh mêtan
Đây là giai đoạn quan trọng nhất của tồn bộ q trình, dƣới tác
dụng của các vi khuẩn sinh mêtan sử dụng axit hữu cơ và các hợp chất
đơn giản hác nhƣ axit axetic, axit fomic, hidro cacbon biến thành khí
mêtan, cacbonic, oxy, nitơ, hidro sulfua,...
Sự hình thành khí mêtan có thể theo hai con đƣờng nhƣ sau: Nhóm
metyl của axit axetic, phân hủy trực tiếp thành mêtan, nhóm cacboxyl của
axit axetic trƣớc tiên chuyển hóa thành dioxit cacbon sau đó thì biến đổi
thành mêtan. (Vũ Đình Tơn, 2011)

8

c) Cấu tạo
Về mặt cấu tạo bể bao gồm 3 bộ phận chính là bể phân giải, bộ phận
chứa khí và bộ phận điều áp. Cả ba bộ phần này đều đƣợc kết hợp nằm trong
một khối. Cả khối đƣợc chơn chìm dƣới mặt đất.
Thiết kế của thiết bị compozite gồm những bộ phận sau: Bể phân giải,
Ngăn chứa khí, Ống dẫn khí, Cửa nạp nguyên liệu (ống lối vào), Cửa xả (ống
lối ra).
Nguyên liệu nạp đƣợc nạp vào bể phân giải qua cửa nạp nguyên liệu
vào cho đến khi ngập mép dƣới của cửa, cửa nạp nguyên liệu và cửa xả
khoảng 60 cm. Lúc này áp suất khí trong bể phân giải bằng (P=0). Khí sinh ra
đƣợc tích tụ trong ngăn chứa khi sinh ra áp suất đẩy dịch phân giải dâng lên
theo cửa nạp nguyên liệu và cửa xả. Độ chênh giữa hai bề mặt dịch phân giải
cửa nạp nguyên liệu/cửa xả và ngăn chứa khí tạo nên áp suất trong bể đẩy khí
sinh ra vào ống thu hí và đƣờng ống dẫn hí đến nơi sử dụng. Khí đƣợc sử
dụng để đun nấu, thắp sáng, bình nƣớc tắm nóng lạnh tự động, máy phát
điện... Khí đƣợc sử dụng hết, áp suất trong ngăn chứa khí bằng 0, thiết bị trở
về trạng thái ban đầu.
1.2.4 Nguyên liệu sản xuất, các nhân tối ảnh hưởng đến quá trình lên men
tạo khí
a) Ngun liệu sản xuất
 Các nhóm vi sinh vật biogas và đặc điểm của chúng
Tất cả các vi khuẩn liên quan đến quá trình lên men sinh học biogas
đều đƣợc gọi là vi sinh vật biogas. Chúng bao gồm hai nhóm vi khuẩn
chính là nhóm vi khuẩn sinh mêtan và nhóm vi khuẩn khơng sinh mêtan.
Ở nhóm vi khuẩn khơng sinh mêtan có thể chia ra hai nhóm là nhóm vi
khuẩn lên men và nhóm vi khuẩn axetic sinh hydro.
+ Nhóm vi khuẩn lên men: Các vi khuẩn lên men là một nhóm các vi
khuẩn rất phức tạp và hỗn hợp của nhiều lồi khác nhau, chúng có mặt
trong giai đoạn đầu tiên của quá trình lên men khí sinh học.

9


+ Nhóm vi khuẩn sinh axetat và hydro: nhóm vi khuẩn này hoạt
động trong giai đoạn thứ hai của quá trình lên men khí sinh học. Chúng
thƣờng phân bố ở tầng giữa, độ sâu 85-90cm.
+ Nhóm vi khuẩn sinh mêtan: nhóm vi khuẩn này hoạt động trong giai đoạn
thứ ba của q trình lên men khí sinh học. Chúng phân bố ở tầng đáy, ở độ
sâu từ 155 -192 cm. (Nguyễn Quang Khải và cs, 2003)
b) Nguyên liệu để sản xuất KSH gồm 2 loại:
- Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Thuộc loại này, phân ngƣời và
phân gia súc, gia cầm là phổ biến. Vì đƣợc sử lý trong bộ máy tiêu hoá nên
phân dễ phân huỷ và nhanh chóng cho KSH. (Bản tin nơng nghiệp, 2017)
- Ngun liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm
phụ phẩm cây trồng nhƣ rơm rạ, thân lá ngô, hoai, đậu…và loại cây xanh
hoang dại nhƣ: bèo, các cây cỏ sống ở dƣới nƣớc,…Các nguyên liệu thực vật
có lớp vỏ cứng rất khó bị phân huỷ. Vì vậy ngun liệu càng già càng khó
phân huỷ. (Bản tin nơng nghiệp, 2007).
b) Các nhân tố ảnh hƣởng đến quá trình lên men tạo khí sinh học
- Điều kiện yếm khí: Đây là yếu tố ảnh hƣởng lớn nhất đến quá trình
phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí trong hầm ủ rất nhạy
cảm với oxygen, nếu hầm ủ có oxygen thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí
yếu hay ngừng hẳn.
- Nhiệt độ: Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi
khuẩn sinh khí methane: một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động
từ 20 – 45oC, và hai là thermophilic (nhiệt độ cao) trong vùng nhiệt trên 45oC.
Nhiệt độ tối ƣu là 35oC cho vùng thứ nhất và 55oC cho vùng thứ hai.
- pH: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi
khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7.
- Ẩm độ: Ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh

methane phát triển, ẩm độ lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có
giảm, sản lƣợng khí sinh ra thấp.
- Thành phần dinh dưỡng(Hàm lượng chất khô): Để đảm bảo q trình
sinh hí bình thƣờng và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh
10


trƣởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải
cấp là C và N; với carbon ở dạng là carbohydrate, còn nitơ ở dạng nitrate,
protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải
đảm bảo tỉ lệ tƣơng ứng C/N.
- Tỉ lệ phân/nước: Nếu phân q lỗng thì lƣợng phân hông đủ để
phân hủy, ngƣợc lại dịch phân quá đặc sẽ gây cứng hầm ủ và cản trở q trình
thốt khí. Tốt nhất cho sự phân hủy biến thiên từ 1/3 hoặc 1/4 đến 1/7 .
- Thời gian lưu:
Quá trình phân hủy của nguyên liệu xảy ra trong một thời gian nhất
định. Đối với phân gia súc thời gian phân hủy hồn tồn có thể kéo dài tới
vài tháng. Đối với nguyên liệu thực vật thời gian phân hủy hoàn tồn có
thể kéo dài hàng năm. Thời gian lƣu chính bằng thời gian nguyên liệu
chảy qua hệ thống từ lối vào đến lối ra. Thời gian này đƣợc tính bằng thể
tích phân hủy và thể tích nguyên liệu nạp bổ sung hàng ngày.
Trong điều kiện Việt Nam, tiêu chuẩn ngành 10 TCN 492-2002 đã
quy định thời gian lƣu với phân động vật nhƣ sau:
Bảng 1.2 Thời gian lƣu đối với phân động vật
Vùng
I
II
III

Nhiệt độ trung bình về m a đơng

(0C)
10-15
15-20
>20

Thời gian lƣu (ngày)
60
50
40

(Nguồn: Tiêu chuẩn ngành: 10TCN492-2002)
Với các nguyên liệu thực vật, thời gian lƣu cần dài hơn và đƣợc quy
định là 100 ngày.
- Các độc tố gây trở ngại q trình lên men
Hoạt động của vi khuẩn kỵ khí chịu ảnh hƣởng của một số độc tố.
Khi hàm lƣợng của loại này có trong dịch phân hủy vƣợt quá một giới hạn
nhất định sẽ giết chết các vi khuẩn, vì thế khơng cho phép các chất này có
trong ngun liệu cung cấp. Theo một số nghiên cứu, các chất ức chế q
trình lên men của vi khuẩn kỵ khí gồm: SO42-, NaCl, Nitrite, Cu, Cr, Ni, CN,
NH3, Na, K, Ca, Mg...
11


1.2.5 Các loại hầm ủ Biogas
1.2.5.1 Hầm biogas nắp cố định hình vịm (china) hay phẳng
Đây là loại hầm thơng dụng và đƣợc nghiên cứu rộng rãi từ Trung
Quốc năm 1936, sau đó ở nhiều nơi hác cho tới nay (Nguyễn Gia lượng và
Nguyễn Quang Khải, 2002). Đƣợc xây lắp từ gạch và xi măng, hầm có cấu
trúc vững và độ bền cao, biogas sinh ra có áp xuất cao. Tuy nhiên nhƣợc điểm
chủ yếu là cần phải có kỹ thuật viên có tay nghề cao để xây dựng và bảo trì.

Hình 1. 1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định
Trong những năm vừa qua, công nghệ loại này phát triển chủ yếu là
loại hầm xây gạch nắp vòm hay bán cầu. Thể tích hầm thƣớng biến động từ 5
đến 30 m3. Chủ yếu hầm xây phục vụ cho các chăn ni gia đình hay trại chăn
ni nhỏ và vừa.
1.2.5.2 Hầm biogas nắp nổi (Indian)
Xuất xứ từ Ấn độ năm 1956 do Jashu Bhai J Patel phát triển (Gobar
Gas plant) sau đó cải tiến thành mẫu KVIC. Có cấu trúc gọn, chiếm ít diện
tích xây dựng nhƣng do giá thành cao hơn hẳn các loại hầm khác nên số
lƣợng lắp đặt khá khiêm tốn. Ngoài ra, chất lƣợng của nắp nổi cũng là một
vấn đề cần quan tâm. Loại hầm này đƣợc một số cơ sở thiết kế và xây dựng
nhƣng với số lƣợng ít.

12


Hình 1. 2 Hầm ủ nắp vịm cố định Trung Quốc
1.2.5.3 Túi biogas bằng nhựa dẻo Polyethylene
Đƣợc nghiên cứu và phát triển từ những năm đầu 1990, công nghệ túi
biogas nhựa dẻo đã phát triển nhanh và khá bền vững trong điều kiện tự nhiêu
và xã hội ở các tỉnh phía nam. Hầu hết chi phí vật tƣ cơng xây lắp túi biogas
đều do ngƣời dân tự chi trả. Do cơng nghệ đơn giản, nhiều ngƣời dân có thể
tự lắp đặt nên chỉ tốn cơng mua vật tƣ làm túi.

Hình 1. 3 Túi Biogas bằng nhựa dẻo
Ƣu điểm của biogas bằng chất dẻo so với hầm xây là: Kỹ thuật lắp đặt
dễ dàng, chi phí lắp đặt thấp; Vận hành đơn giản, ít tốn chi phí vận hành;
Sửa chữa dễ dàng, ai cũng làm đƣợc, không cần tay nghề cao; Có thể thay
đổi vị trí đặt hầm ủ một cách dễ dàng; Có thể đặt nổi trên mặt nƣớc ở

những nơi thiếu diện tích đất.
13


1.2.5.4 Hầm ủ ống nằm ngang bằng bê tông và bằng composite
Nhằm đa dạng hoá các sản phẩm hầm biogas, gần đây, Trƣờng ĐH
Nông Lâm, ĐH Bách Khoa và một số đơn vị hác đã thử nghiệm loại hầm
biogas ống nằm ngang bằng bê tông và bằng vật liệu composite với ƣu điểm:
Độ bền cao; Giá thành vừa phải; Kỹ thuật lắp đặt đơn giản; Vận hành thuận
tiện, ít phải bảo trì, sửa chữa; Có thể chuyển đổi vị trí hầm ủ.

Hình 1. 4 Hầm nhựa Composite
1.2.5.5 Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE hoặc FPP resins (cịn gọi là CIGAR)

Hình 1. 5 Hầm Biogas phủ bạt nhựa
Các ƣu, nhƣợc điểm chính của cơng nghệ CIGAR gồm: Chi phí đầu tƣ
thấp so với hầm bê tông; Vận hành đơn giản, bảo trì dễ; Tỷ suất phát sinh khí
Biogas thấp; Hàm lƣợng TS trong dung dịch cấp vào thấp nên dung tích bể
lớn. (Bùi Xuân An và những người khác, 1997, 1998)

14