Đánh giá tình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi gia súc và hiệu quả của mô hình hầm biogas trên địa bàn xã Hoàng Lâu, huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép em được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban
Giám hiệu trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Ban Chủ nhiệm khoa Môi
trường, các thầy giáo, cô giáo đang giảng dạy trong trường và khoa đã dạy dỗ
và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho em suốt những năm học ngồi
trên giảng đường đại học.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo ThS. Hà Đình
Nghiêm, người đã tận tâm giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và hoàn
thành khóa luận tốt nghiệp.
Em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Banh lãnh đạo Trung tâm Tài
nguyên và bảo vệ môi trường cùng tập thể các cô, các chú, các anh, các chị
đang công tác tại phòng Công nghệ môi trường, phòng Tài nguyên và Môi
trường huyện Tam Dương, phòng địa chính – xây dựng xã Hoàng Lâu đã
nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em tìm hiểu và
nghiên cứu tài liệu trong đợt thực tập tốt nghiệp vừa qua.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân
những người đã luôn theo sát và động viên em trong suốt quá trình theo học
vào tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp.


Sinh Viên
Chu Thị Hương Ly
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
BQ Bình quân
ĐBSH Đồng bằng sông Hồng
ĐHNN Đại học Nông nghiệp Hà Nội
ĐVT Đơn vị tính
KSH Khí sinh học
FAO Tổ chức nông lâm thế giới
LPG Khí hóa lỏng
MPN Mật độ vi khuẩn

NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn
NPV Giá trị hiện tại thuần
TN&MT Tài nguyên và Môi trường
TP Thành phố
TCCP Tiêu chuẩn cho phép
UBND Uỷ ban nhân dân
VAC Vườn ao chuồng
VSV Vi sinh vật
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thành phần của khí sinh học 4
Bảng 2.2. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam hàng năm Error:
Reference source not found
Bảng 2.3. Số lượng đàn gia súc ở Việt Nam các năm Error: Reference source
not found
Bảng 2.4. Lượng chất thải hàng ngày của động vật theo % khối lượng cơ thể 13
Bảng 2.5. Lượng phân thải ra ở gia súc, gia cầm hàng ngày Error: Reference
source not found
Bảng 2.6. Thành phần hoá học của phân lợn từ 70 – 100 kg Error: Reference
source not found
Bảng 2.7. Tổng lượng nước thải chăn nuôi gia súc giai đoạn 2009 – 2011
Error: Reference source not found
Bảng 4.1. Giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi (2011 – 2013) Error: Reference
source not found
Bảng 4.2. Quy mô chăn nuôi xã Hoàng Lâu . Error: Reference source not found
Bảng 4.3. Hiệu quả xử lý chất thải (tươi) chăn nuôi của các hộ điều tra Error:
Reference source not found
Bảng 4.4. Tổng lượng phân gia súc, gia cầm thải ra ở xã qua các năm Error:
Reference source not found
Bảng 4.5. Đặc điểm của nước thải chăn nuôi gia súc của các cơ sở chăn nuôi
trên địa bàn xã Error: Reference source not found

Bảng 4.6. Chất lượng môi trường không khí khu vực chăn nuôi Error:
Reference source not found
Bảng 4.7. Vị trí các điểm lấy mẫu nước mặt . Error: Reference source not found
Bảng 4.8. Kết quả phân tích chất lượng nguồn nước mặt Error: Reference
source not found
Bảng 4.9. Số lượng hầm biogas được hỗ trợ xây dựng xã Hoàng Lâu giai đoạn
2006 – 2010 Error: Reference source not found
Bảng 4.10. Một số ý kiến của hộ về sử dụng hầm biogas Error: Reference
source not found
Bảng 4.11. Vị trí các điểm lấy mẫu nước thải Error: Reference source not
found
Bảng 4.12. Tổng hợp kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải trước và sau
hầm biogas giá trị trung bình Error: Reference source not found
Bảng 4.13. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải trước và sau hầm biogas
Error: Reference source not found
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cấu tạo hầm biogas Error: Reference source not found
Hình 2.2. Sơ đồ các bước của quá trình tạo khí metan Error: Reference source
not found
Hình 2.3. Mười nước có sản lượng lợn lớn nhất thế giới năm 2009 (con) . Error:
Reference source not found
Hình 4.2 Tình hình phát triển số lượng hầm biogas được hỗ trợ của các dự án
qua các năm ở huyện Tam Dương Error: Reference source not found
Hình 4.3. Xây dựng hầm biogas bằng gạch 37
Hình 4.4. Sản lượng khí của các hộ điều tra 40
Hình 4.5. Các thiết bị sử dụng khí biogas hay hỏng Error: Reference source
not found
Hình 4.6. Lợi thế của việc xây dựng hầm biogas Error: Reference source not
found
Hình 4.7. Cơ cấu khoản tiền tiết kiệm được của các hộ sử dụng hầm biogas

Error: Reference source not found
Hình 4.8: xử dụng KSH làm năng lượng thắp sáng và chất đốt Error:
Reference source not found
Hình 4.9. Hàm lượng TSS trước và sau hầm biogas 50
Hình 4.10. Hàm lượng BOD5 trước và sau hầm biogas Error: Reference
source not found
Hình 4.11. Hàm lượng COD trước và sau hầm biogas 51
Hình 4.12. Hàm lượng tổng N trước và sau hầm biogas 52
Hình 4.13. Hàm lượng tổng P trước và sau hầm biogas 52
Hình 4.14. Tổng số coliform của nước thải trước và sau hầm biogas 53
Hình 4.15. Đánh giá của người dân về mùi gas khi sử dụng hầm biogas . . Error:
Reference source not found
Hình 4.16. Khó khăn khi xây dựng hầm biogas Error: Reference source not
found
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 2
Bảng 2.1. Thành phần của khí sinh học 4 3
Hình 4.3. Xây dựng hầm biogas bằng gạch 37 5
Hình 4.4. Sản lượng khí của các hộ điều tra 40 5
Hình 4.11. Hàm lượng COD trước và sau hầm biogas 51 5
Hình 4.12. Hàm lượng tổng N trước và sau hầm biogas 52 5
Hình 4.14. Tổng số coliform của nước thải trước và sau hầm biogas 53 5
Bảng 2.2. Thành phần của khí sinh học 4
Hình 2.2. Sơ đồ các bước của quá trình tạo khí metan 6
Hình 1.3. Mười nước có sản lượng lợn lớn nhất thế giới năm 2009 (con) 10
Bảng 2.3. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam hàng năm 11
Bảng 2.4. Số lượng đàn gia súc ở Việt Nam các năm 12
Bảng 2.5. Lượng phân thải ra ở gia súc, gia cầm hàng ngày 14
Bảng 2.6. Thành phần hoá học của phân lợn từ 70 – 100 kg 14
Bảng 2.7. Tổng lượng nước thải chăn nuôi gia súc giai đoạn 2009 – 2011 16

Bảng 4.1. Giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi (2011 – 2013) 25
Bảng 4.2. Quy mô chăn nuôi xã Hoàng Lâu 27
Bảng 4.3. Hiệu quả xử lý chất thải (tươi) chăn nuôi của các hộ điều tra 28
Bảng 4.4. Tổng lượng phân gia súc, gia cầm thải ra ở xã qua các năm 30
Hình 4.1. Nước thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường 30
Bảng 4.6. Chất lượng môi trường không khí khu vực chăn nuôi 33
Bảng 5.7. Vị trí các điểm lấy mẫu nước mặt 34
Bảng 4.8. Kết quả phân tích chất lượng nguồn nước mặt 34
Bảng 4.9. Số lượng hầm biogas được hỗ trợ xây dựng 36
xã Hoàng Lâu giai đoạn 2006 – 2010 36
Hình 2.2 Tình hình phát triển số lượng hầm biogas được hỗ trợ của các dự án
qua các năm ở huyện Tam Dương 36
Hình 4.3. Xây dựng hầm biogas bằng gạch 37
Bảng 4.10. Một số ý kiến của hộ về sử dụng hầm biogas 37
Hình 4.4. Sản lượng khí của các hộ điều tra 39
Hình 4.5. Các thiết bị sử dụng khí biogas hay hỏng 40
Hình 4.7. Cơ cấu khoản tiền tiết kiệm được của các hộ sử dụng hầm biogas.43
Bảng 4.11. Vị trí các điểm lấy mẫu nước thải 47
Bảng 4.12. Tổng hợp kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải trước và sau
hầm biogas giá trị trung bình 48
Bảng 4.13. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải trước và sau hầm biogas
49
51
Hình 4.10. Hàm lượng BOD5 trước và sau hầm biogas 51
Hình 4.11. Hàm lượng COD trước và sau hầm biogas 51
Hình 4.12. Hàm lượng tổng N trước và sau hầm biogas 52
Hình 4.14. Tổng số coliform của nước thải trước và sau hầm biogas 53
Hình 4.15. Đánh giá của người dân về mùi gas khi sử dụng hầm biogas 55
Hình 4.16. Khó khăn khi xây dựng hầm biogas 60
4.4 Giải pháp bảo vệ môi trường trong chăn nuôi 62

PH€N 5 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67
PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Chăn nuôi là hình thức phổ biến ở các địa phương trong cả nước đặc
biệt là khu vực nông thôn, trong đó có tỉnh Vĩnh Phúc. Chăn nuôi là một trong
hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), nó
không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi
người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu
người dân hiện nay. Hoàng Lâu là xã thuộc huyện Tam Dương tỉnh Vĩnh
Phúc có dân số nông thôn chiếm tỉ lệ cao (chiếm tới 90%). Chăn nuôi ngày
càng chiếm vai trò chủ đạo trong cơ cấu nông nghiệp của tỉnh nói chung và
của huyện nói riêng.
Tuy nhiên, hiện nay trên địa bàn xã hình thức chăn nuôi phổ biến vẫn
theo quy mô hộ gia đình. Việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ nhất là trong
khu vực dân cư đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm
trọng. Bên cạnh những thành quả kinh tế đem lại không thể phủ nhận của
chăn nuôi, vấn đề vệ sinh môi trường chăn nuôi và hệ luỵ của chúng tới môi
trường, nguy cơ lây lan dịch bệnh và ảnh hưởng tới sức khoẻ của dân cư sống
gần nguồn thải, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, giảm
năng suất và hiệu quả kinh tế Sức đề kháng của gia súc giảm sút sẽ là nguy
cơ gây nên bùng phát dịch bệnh. Chất thải chăn nuôi khi thải ra bị tích tụ bốc
mùi hôi thối, lắng đọng gây ách tắc dòng chảy, chất thải theo nguồn nước
ngấm xuống nguồn nước ngầm làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt của người
dân.Vì vậy, phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường
chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường
sức khỏe các đàn giống.
1
Xuất phát từ yêu cầu đó, một số dự án, chương trình được triển khai tại

xã nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi được tiến
hành trong đó có các dự án hỗ trợ xây dựng hầm biogas xử lý chất thải chăn
nuôi được triển khai. Tuy nhiên, việc quản lý, vận hành và sử dụng hầm
biogas như thế nào để đạt hiệu quả cao nhất, vừa đem lại lợi ích về kinh tế
vừa xử lý được chất thải, không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp đang là vấn
đề khó khăn đối với của người dân.
Ở xã Hoàng Lâu, vấn đề môi trường nói chung và trong chăn nuôi nói
riêng thì môi trường mới chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi mà
sự phát triển chăn nuôi hàng hoá ngày càng gia tăng và dân số phát triển mạnh
thu nhỏ khoảng cách giữa chuồng trại và khu dân cư. Môi trường và phát triển
hiện nay là hai vấn đề không thể tách rời nhau. Sự phát triển nhanh chóng của
ngành chăn nuôi gia súc đang đe doạ môi trường sống của chúng ta. Việc thải
ra các loại chất thải đa dạng, độc hại đã và đang là mối đe doạ lớn cho hệ sinh
thái và con người đồng thời làm cho nó trở nên bức bách và cần thiết phải có
biện pháp khắc phục. Bất kỳ hộ chăn nuôi nào đều phải có trách nhiệm xử lý
nguồn chất thải trước khi xả ra môi trường.
Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên, được sự phân công của ban chủ
nhiệm Khoa Môi Trường dưới sự hướng dẫn của thầy giáo: Th.S.Hà Đình
Nghiêm, tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá tình hình ô nhiễm môi trường do
nước thải chăn nuôi gia súc và hiệu quả của mô hình hầm biogas trên địa
bàn x% Hoàng Lâu, huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc”.
1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
- Đánh giá tổng quan tình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn
nuôi gia súc trên địa bàn xã hiện nay. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công
tác quản lý môi trường.
2
- Đánh giá hiệu quả kinh tế - môi trường, lượng hoá được lợi ích – chi
phí mà biogas mang lại.
- Đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng môi trường chăn nuôi, sử dụng

tiết kiệm năng lượng, phát triển hệ thống hầm biogas trong thời gian tới, nâng cao
nhận thức cho người dân trong quản lý, vận hành và sử dụng hầm biogas.
1.2.2. Yêu cầu
- Điều tra tình hình chăn nuôi gia súc trên địa bàn xã
- Đánh giá, phân tích hiệu quả của hầm biogas
- Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường trong chăn nuôi
1.3. Ý nghĩa của đề tài
1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Vận dụng kiến thức đã học làm quen với thực tế
- Tích luỹ được kinh nghiệm cho công việc khi đi làm
- Nâng cao kiến thức kỹ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho
công tác sau này.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đánh giá được tình hình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn
nuôi gia súc và hiệu quả của mô hình hầm biogas quy mô hộ gia đình từ đó
biết được những thuận lợi và khó khăn của người dân khi sử dụng hầm biogas
và đưa ra một số giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải
thải chăn nuôi.
3
PHẦN 2
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Khái niệm và thành phần biogas sinh học

Công nghệ biogas là công nghệ sử dụng các quá trình phân huỷ các
chất hữu cơ (như: phân động vật, nước thải của các lò mổ) trong môi trường
yếm khí. Sản phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí là hỗn hợp các khí (gọi là
khí sinh học) và bã thải (Nguyễn Quang Khải, 2009).
 !
Thành phần KSH tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu tham gia vào quá trình

phân giải và các điều kiện môi trường trong quá trình đó. Nhìn chung thành phần
của KSH gồm rất nhiều chất, có thành phần chủ yếu là CH
4
và CO
2
(Cục Chăn
nuôi, 2011).
Bảng 2.2. Thành phần của khí sinh học
Loại khí Tỷ lệ (%) Loại khí Tỷ lệ (%)
Metan CH
4
50 – 70 Hidro H
2
0 – 3
Cacbonic CO
2
30 – 45 Oxy O
2
0 – 3
Nito N
2
0 – 3 Hidro sunfua H
2
S 0 - 3
"#$%&'()*+&,-./0
(1-"%2

0$ Là thành phần chủ yếu chiếm tỷ lệ cao nhất. Nó cũng
là thành phần chủ yếu của khí gas thiên nhiên (thường chiếm trên 90%). Một
mét khối metan ở áp suất thường có khối lượng 717g. Metan hoá lỏng ở hóa

lỏng ở -162 °C, hóa rắn ở nhiệt độ -183 °C và rất dễ cháy (Bách khoa toàn thư
mở, 2013)
(-34$ là thành phần chủ yếu thứ hai của KSH. Khí này không
mùi, không cháy được, không duy trì sự sống, nặng gấp rưỡi không khí, khi tỷ
4
l cao s lm gim cht lng ca KSH (Bỏch khoa ton th m, 2013)
(564)7-$ Khụng mu, cú mựi trng thi, do ú khin cho KSH
cú mựi hụi, giỳp chỳng ta d nhn bit KSH bng khu giỏc. Nng H
2
S
trong KSH sn xut t cht thi ngi v gia cm thng cao hn cỏc nguyờn
liu khỏc. Tuy nhiờn, H
2
S cú th chỏy c do ú khi t s ht mựi hụi
(Bỏch khoa ton th m, 2013)
2.1.2. Tớnh cht ca khớ sinh hc
KSH l mt khớ t vỡ nú cha hi nc bóo ho bay hi t dung dch
phõn gii. Hi nc s ngng t trong ng ng v cn c loi b. Vỡ
thnh phn ca KSH thay i, nờn cỏc tớnh cht ca nú cng thay i, ngi
ta thng ly t l ph bin ca khớ metan l 60%. KSH vi 60% metan, 40%
cacbonic cú khi lng riờng l 1,2196 kg/m
3
v t trng so vi khụng khớ l
0,94. Nh vy KSH nh hn khụng khớ, nhit tr ca KSH ch yu c xỏc
nh bng hm lng metan trong thnh phn ca nú. Vi hm lng metan
60% thỡ KSH cú nhit tr l 5.146 Kcal/m
3
(Nguyn Quang Khi, 2009
2.1.3. Cu to v nguyờn lý hot ng ca biogas sinh hc
8%9:4

Hỡnh 2.1: Cu to hm biogas
Mặt đất
Hố thu phân
Bể áp lựcChẹn đá
ống vào
Cửa thăm
5
Hiện nay có rất nhiều kiểu xây dựng hầm biogas khác nhau: hầm ủ
chung với bình gas, hầm có bình gas nổi, hầm có bình gas rời, loại xây bằng
gạch, loại sử dụng bằng nhựa, nhưng cấu tạo chung của hầm có ba phần
chính (Nguyễn Quang Khải, 2009):
- Hệ thống nạp nguyên liệu để dẫn chất thải từ chuồng trại chăn nuôi
đến hầm khí. Tuỳ thuộc vào từng mô hình biogas mà hệ thống nạp có thể
thống qua máng dẫn hoặc dẫn trực tiếp.
- Hầm phân huỷ là bộ phận chính của hầm, nơi chứa hỗn hợp vật chất và
nước. Tại đây xảy ra hai giai đoạn của quá trình lên men, sản phẩm tạo thành là
khí biogas.
- Bể thuỷ lực (bể áp) là một bộ phận chứa nguyên liệu đã phân huỷ rồi
xả ra ngoài, đồng thời đóng vai trò điều áp (Nguyễn Quang Khải, 2009)
8;<4:.,
Khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong môi trường kín vài ngày sẽ
chuyển hóa và sản sinh ra các chất khí (khí sinh học) có khả năng cháy được
với thành phần chính là mêtan (CH
4
) và cacbondioxide (CO
2
). Quá trình này
được gọi là quá trình lên men kỵ khí hay quá trình sản xuất khí metan sinh học.
Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật
sẽ được các vi sinh vật kỵ khí, nấm và vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp

chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn
Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính: thủy phân,
khử axit và lên men mêtan (Nguyễn Quang Khải, 2009). Các giai đoạn này
được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn: vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metan hóa.
Vi khuẩn lên men Vi khuẩn acetogenic Vi khuẩn metan hóa
Hình 2.2. Sơ đồ các bước của quá trình tạo khí metan
6
Protein
Cacbonhydrat
Chất béo
Axit acetic
Axit
HC yếu
Rượu
Axit acetic
Biogas CH
4

và CO
2
1 2 3
8=-.4::4-"> 0$
Trong giai đoạn thủy phân, các vi khuẩn tiết ra men hidrolaza phân huỷ
chất hữu cơ, các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ bị khử thành các
monome (phân tử cơ bản) như: chất béo thành axit béo, protein thành amino axit,
Hydratcacbon thành đường .
Sản phẩm của giai đoạn này sẽ được các vi khuẩn lên men chuyển hóa,
hình thành các sản phẩm như: Hidro, H
2
O, CO

2
, NH
4
, H
2
S; Axit acetic
CH
3
COOH; Rượu và các axit hữu cơ yếu.
8=-.4:'?-
Trong bước này vi khuẩn acetogleic sẽ chuyển hóa rượu và các axit
hữu cơ yếu thành các sản phẩm sau: Hidro, H
2
O, CO
2
; Axit acetic CH
3
COOH.
8=-.4::4%2

Trong giai đoạn cuối cùng của quá trình chuyển hóa, axit acetic được
hình thành ở bước 1 và 2 sẽ chuyển hóa thành CH
4
và CO
2
nhờ hoạt động của
vi khuẩn metan. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình.
Trong quá trình phân hủy sẽ xuất hiện các bọt khí H
2
S nhỏ và tích lũy một

phần nhỏ trong thành phần khí biogas. Khí H
2
S được sinh ra trong giai đoạn thủy
phân khi các vi sinh vật bẽ gãy amino axit methionine thiết yếu. Trong giai đoạn
metan hóa, H
2
S cũng tiếp tục được sinh ra do các nhóm vi sinh vật khử sunfat
khác nhau sử dụng axit béo (đặc biệt là acetat), protein làm nguồn cơ chất cho quá
trình phân hủy.
Trong thực tế, quá trình phân hủy diễn ra trong thời gian dài, do đó
hiệu suất của quá trình ít khi đạt trạng thái hoàn toàn, chỉ khoảng 60% cơ chất
được chuyển hóa. Quá trình phân hủy diễn ra ở ba dãy nhiệt độ khác nhau,
tương ứng với 3 nhóm VSV đặc trưng. Hiệu suất sinh khí càng tăng khi nhiệt
độ càng tăng vì tốc độ phản ứng ở nhiệt độ cao diễn ra nhanh hơn so với nhiệt
độ thấp. Khi nhiệt độ gia tăng 10
0
C, tốc độ sinh khí sẽ tăng gấp đôi.
7
2.1.4. Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học
Nguyên liệu để sản xuất KSH có thể chia thành hai loại như sau:
nguyên liệu có nguồn gốc động vật và nguyên liệu có nguồn gốc thực vật (Lê
Thoa 2010).
- Nguyên liệu có nguồn gốc động vật: Bao gồm chất thải (phân và nước
tiểu) của gia súc, gia cầm và chất thải của người,…
Các loại chất thải này đã được xử lý sơ bộ trong bộ máy tiêu hoá của
động vật nên dễ phân giải và nhanh chóng tạo khí sinh học. Tuy vậy, thời gian
phân giải của phân dài (khoảng 2 – 3 tháng), tổng sản lượng khí thu được từ 1
kg phân không lớn. Chất thải của gia súc như trâu, bò, lợn phân giải nhanh
hơn chất thải của gia cầm và chất thải của người, nhưng sản lượng khí của
chất thải gia cầm và chất thải người lại cao hơn.

- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm lá cây
và cây thân thảo như phụ phẩm cây trồng (rơm, rạ, thân lá ngô, khoai, đậu,…), rác
sinh hoạt hữu cơ (rau, quả, lương thực bỏ đi), các loại cây xanh hoang dại (rong,
bèo, các cây phân xanh). Gỗ và thân cây già rất khó phân giải nên không dùng làm
nguyên liệu được.
Nguyên liệu thực vật thường có lớp vỏ cứng rất khó bị phân giải. Để quá
trình phân giải kỵ khí diễn ra được thuận lợi, người ta thường phải xử lý sơ bộ
(cắt nhỏ, đập dập, ủ hiếu khí) trước khi nạp chúng vào hầm biogas để phá vỡ
lớp vỏ cứng và tăng diện tích tiếp xúc cho vi khuẩn tấn công. Thời gian phân
giải của nguyên liệu thực vật thường dài hơn so với chất thải động vật
2.2. Cơ sở pháp lý của đề tài
Luật bảo vệ môi trường 2005
@%A$BCD - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải
công nghiệp
QCVN 05:2009/BTNMT – Quy chuẩn về chất lượng không khí xung quanh.
8
QCVN 06:2009/BTNMT – Quy chuẩn về một số chất độc hại trong
không khí xung quanh.
QCVN 01-15:2010/BNNPTNT - Quy chuẩn Quốc gia điều kiện trại
chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học.
QCVN 08:2008 - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng môi
trường nước mặt
Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09 tháng 8 năm 2006 của Chính phủ
quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường.
Quyết định số 04/2014/QĐ-UBND về bảo vệ môi trường nông thôn
tỉnh Vĩnh Phúc.
Quyết định số 104/2000/QĐ-TTg ngày 25/08/2000 của Thủ tướng
Chính phủ về việc phê duyệt Chiến lược quốc gia về cấp nước sạch và vệ sinh
nông thôn đến năm 2020.
Quyết định số 1443/QĐ-CT phê duyệt dự án hỗ trợ nhân rộng mô hình

hầm biogas nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở nông thôn trên địa bàn
tỉnh Vĩnh Phúc giai đoạn 2006 – 2010.
2.3. Tình hình chăn nuôi và sử dụng công nghệ biogas trên thế giới và
Việt Nam
2.3.1. Tình hình chăn nuôi
.E//&6FGHA-
Ngày nay, dân số tăng nhanh kéo theo nhu cầu về lương thực, thực
phẩm ngày càng lớn. Theo số liệu thống kê năm 2010 dân số của toàn cầu
hiện nay trên 6,7 tỷ người, dự báo mỗi năm dân số thế giới tăng 0,7 – 0,8 triệu
người. Châu lục có cư dân lớn nhất đó là Châu Á với số lượng 4.166,0 triệu
người tiếp đến là Châu Phi có 1.033,7 triệu người, Châu Âu 732,7 triệu người,
Mỹ La Tinh 588,6 triệu người, Bắc Mỹ 351,6 triệu người và Châu Đại Dương
35,8 triệu người. Tính riêng Châu Á đã chiếm trên 60% dân số thế giới, nếu
9
cả Châu Á và Châu Phi chiếm trên 70% dân số toàn cầu. Dự kiến đến năm
2050 dân số toàn cầu có số lượng trên 9,5 tỷ người (Đỗ Kim Tuyên, 2010).
Về số lượng vật nuôi, theo số liệu thống kê của FAO năm 2009 số
lượng đầu gia súc và gia cầm chính của thế giới như sau: tổng đàn trâu 182,2
triệu con phân bố chủ yếu ở các nước Châu Á, tổng đàn bò 1.164,8 triệu con,
dê 591,7 triệu con, cừu 847,7 triệu con, lợn 887,5 triệu con, gà 14.191,1 triệu
con và tổng đàn vịt là 1.008,3 triệu con. Tốc độ tăng về số lượng vật nuôi
hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%
năm (Đỗ Kim Tuyên, 2010).
Hình 1.3. Mười nước có sản lượng lợn lớn nhất thế giới năm 2009 (con)
#$C44.'F+&.IJG
HF 14"C,KL0
Cũng theo đánh giá FAO, Châu Á sẽ trở thành khu vực sản xuất và tiêu
dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất. Chăn nuôi ở Việt Nam, giống như các
nước trong khu vực phải duy trì mức tăng trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu
cầu tiêu dùng trong nước và từng bước hướng tới xuất khẩu. Trong những

năm gần đây, ngành chăn nuôi Việt Nam đã phát triển đáng kể. Hiện nay,
ngành chăn nuôi nước ta có sản lượng thịt lợn đứng thứ nhất khu vực Đông
Nam Á (chiếm 42,2%), thứ 2 châu Á (chiếm 5%), thứ 6 thế giới (chiếm
10
2,8%). Sản lượng thịt vịt đứng thứ 2 khu vực Đông Nam Á (chiếm 22,4%).
Trong những năm qua, tốc độ tăng trưởng của nông nghiệp của nước ta đạt
khá, giai đoạn 2006 – 2010 tốc độ chăn nuôi đạt 8,5%/năm, trồng trọt đạt
4,1%/năm (Công Phiên, 2013).
Bảng 2.3. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam hàng năm
MA$NB
Giai
đoạn
Ngành
1986-
1990
1990-
1996
1997-
2005
1996-
2005
2006-
2010
Nông nghiệp khác 3,4 6,0 5,5 5,2 4,1
Trồng trọt 3,4 6,1 5,4 5,2 5,5
Chăn nuôi 3,4 5,8 6,7 5,6 8,5
Dịch vụ 4,1 4,6 2,3 3,6 4,2
"#$OPQ'A'F& A-RS0
Từ khi chuyển dịch nền kinh tế từ tập trung bao cấp sang nền kinh tế thị
trường, ngành chăn nuôi không ngừng phát triển cả về tổng đàn gia súc và

chất lượng gia súc. Từ năm 1990 đến nay, đàn lợn có tốc độ phát triển rất
nhanh so với trước đó. Năm 1980 tổng đàn lợn cả nước mới có 10,0 triệu con,
năm 1990 có 12,26 triệu con (tăng 1,2 lần) thì năm 2000 nước ta đã có 20,2
triệu con (tăng 1,7 lần so với năm 1990), năm 2010 nước ta có 27,4 triệu con
(tăng 2,2 lần so với năm 1990). Bình quân tốc độ tăng đàn từ năm 1990 –
2002 là 5% (Bộ NN&PTNT, 2010).
Từ năm 2000 – 2010 số lượng gia súc, gia cầm biến đổi nhiều, các năm từ
2006 – 2010 thì số lượng gia súc, gia cầm tăng đáng kể so với năm 2000, tuy
nhiên các năm có xu hướng giảm. Số lượng lợn tăng mạnh nhất giai đoạn 2003 –
2006. Các năm tiếp theo do dịch bệnh bùng phát mạnh, giá cả không ổn định nên
nhiều hộ đã chăn nuôi ít đi. Năm 2010 dịch bệnh tai xanh ở lợn và cúm H5N1 ở
gia cầm đã lây lan rộng và xuất hiện ở nhiều tỉnh thành trên cả nước. Tổng số
11
lợn mắc bệnh ở miền Bắc là 36.899 con, trong đó đã có 14.860 lợn chết và tiêu
hủy. Riêng ở miền Nam, số lợn bị bệnh phải tiêu huỷ trên 150 nghìn con, tiêu
thụ thịt đình trệ (Bộ NN&PTNT, 2010).
Bảng 2.4Số lượng đàn gia súc ở Việt Nam các năm
Năm
Trâu
"/40
Bò
"/
40
Ngựa
"/
40
Dê, cừu
"/
40
Lợn

"/
40
Gia cầm
"6
40
2000 2.897,2 4.127,9 126,5 543,9 20.193,8 196,1
2001 2.807,9 3.988,7 113,4 571,9 21.800,1 218,1
2002 2.814,5 4.062,9 110,9 621,9 23.169,5 233,3
2003 2.834,9 4.394,4 112,5 780,4 24.884,6 254,6
2004 2.869,8 4.907,7 110,8 1022,8 26.143,7 218,2
2005 2.922,2 5.540,7 110,5 1314,1 27.435,0 219,9
2006 2.921,1 6.510,8 87,3 1525,3 26.855,3 214,6
2007 2.996,4 6.724,7 103,5 1777,7 26.560,7 226,0
2008 2.897,7 6.337,7 121,2 1483,4 26.701,6 248,3
2009
2.886,6 6.103,3 102,2 1375,1 27.627,7 280,2
2010
2.877,0 5.808,3 93,1 1288,4 27.373,3 300,5
"#$OPQ'Q'TU0
E// F>-&VA-
Ngày nay vấn đề ô nhiễm môi trường trong nông nghiệp ngày càng
được quan tâm nhiều, nhất là ngành chăn nuôi. Chất thải chăn nuôi có mùi hôi
thối đặc trưng, chứa nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh.
Bên cạnh đó, ở nước ta hiện nay, phương thức chăn nuôi nông hộ vẫn
chiếm tỷ lệ lớn, vì vậy việc xử lý và quản lý chất thải chăn nuôi ngày càng
khó khăn. Hiện nước ta có gần 9 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và
khoảng 18 nghìn trang trại chăn nuôi tập trung nhưng chỉ có 8,7% số hộ xây
dựng hầm biogas và chỉ có 0,6% số hộ gia đình cam kết bảo vệ môi trường.
Nhiều báo cáo nghiên cứu đều đã khẳng định là hầu hết các chất thải
trong chăn nuôi đều chưa được xử lý trước khi thải ra môi trường. Số phân

không được xử lý và tái sử dụng lại là nguồn cung cấp phần lớn các khí nhà
kính (chủ yếu là CH
4
, CO
2
, N
2
O) làm trái đất nóng lên, ngoài ra còn làm rối
loạn độ phì của đất, gây phì dưỡng, ô nhiễm đất và ô nhiễm nguồn nước (Đào
12
Lệ Hằng, 2011)
Khối lượng chất thải rắn trong chăn nuôi ước tính khoảng hơn 85 triệu
tấn mỗi năm nhưng chỉ khoảng 40% số này được xử lý, còn lại là xả thẳng
trực tiếp ra môi trường. Phương pháp xử lý chất thải rắn còn đơn giản, phân
gia súc chủ được sử dụng để ủ phân bón ruộng, một phần sử dụng cho hầm
biogas. (Đào Lệ Hằng, 2013).
Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm: chất thải rắn, chất thải lỏng,
tiếng ồn và khí thải.
-%96W
Là những thành phần từ thức ăn nước uống mà cơ thể gia súc không
hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể. Chất thải rắn chăn nuôi lợn có độ ẩm từ
56 - 83% (Bùi Hữu Đoàn, 2011)
8XJY $
Số lượng chất thải trên một đầu động vật phụ thuộc vào khối lượng cơ
thể và chế độ dinh dưỡng. Lượng chất thải tính theo % khối lượng vật nuôi
như sau:
Bảng 2.4. Lượng chất thải hàng ngày của động vật theo%
khối lượng cơ thể
Động vật
Lượng chất thải theo % khối lượng cơ thể

Lượng phân tươi
"'B0
Phân Nước tiểu
Bò 5 4 – 5 15 – 20
Trâu 5 4 – 5 18 – 25
Lợn 2 3 1,2 – 4,0
Dê/ cừu 3 1 – 1,5 0,9 – 3,0
Gà 4,5 - 0,02 – 0,05
Người 1 2 0,18 – 0,34
"#$%&'()*+&,-./0
13
Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi
và khẩu phần ăn. Đối với gia súc ở các lứa tuổi khác nhau thì lượng phân thải
ra khác nhau. Theo Hill và Tollner (1982), lượng phân thải ra trong một ngày
đêm của lợn có khối lượng dưới 10 kg là 0,5 – 1 kg, từ 15 – 40 kg là 1 – 3 kg
phân, từ 45 – 100 kg là 3 – 5 kg. Như vậy lượng chất thải rắn biến động rất
lớn và còn phụ thuộc vào cả mùa vụ trong năm (Bùi Hữu Đoàn, 2011).
Bảng 2.5. Lượng phân thải ra ở gia súc, gia cầm hàng ngày
Loại gia súc, gia cầm
Phân tươi
"'B0
Tổng chất rắn
"NJ0
Bò sữa (500kg) 35 13
Bò thịt (400kg) 25 13
Lợn nái (200kg) 16 9
Lợn thịt (50kg) 3,3 9
Cừu 3,9 32
Gà tây 0,4 25
Gà đẻ 0,12 25

Gà thịt 0,1 21
"#$=46/+;<9&M20
Theo Bộ NN&PTNT (2013), nếu với mức thải trung bình 1,5 kg phân
lợn/con/ngày; 15kg phân trâu, bò/con/ngày; 0,5kg phân dê/con/ngày và 0,2 kg
phân gia cầm/con/ngày thì hàng năm với tổng đàn vật nuôi trong cả nước thì
riêng lượng phân phát thải trung bình đã hơn 85 triệu tấn mỗi năm. Lượng
phân này phân hủy tự nhiên nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm nặng nề
đất, nước và không khí do phát thải nhiều khí độc như CO
2
, CH
4
(còn gây hiệu
ứng nhà kính),
Thành phần các chất trong phân gia súc, gia cầm phụ thuộc vào nhiều
yếu tố khác nhau như: Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống; độ
tuổi; tình trạng sức khỏe vật nuôi,…
Bảng 2.6. Thành phần hoá học của phân lợn từ 70 – 100 kg
Đặc tính Đơn vị Giá trị
14
pH - 6,47 – 6,95
Vật chất khô g/kg 213 – 342
NH
4
-N g/kg 0,66 – 0,76
N tổng g/kg 7,99 – 9,32
Tro g/kg 32,5 – 93,3
Chất xơ g/kg 151 – 261
Carbonat g/kg 0,23 – 0,41
Các axit mạch ngắn g/kg 3,83 – 4,47
"#$=46/+;<9&M20

Trong phân lợn hàm lượng nitơ khá cao (7,99 – 9,32 g/kg). Ngoài ra,
trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký sinh trùng,
trong đó vi khuẩn thuộc họ 1643-16-1- chiếm đa số với các giống điển
hình như )16-Z-;41;;-Z1;;-L641);13)1;; Trong 1 kg
phân có chứa 2.000 – 5.000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại: [)-6)
)\1)4 -4)4641 -;)(Nguyễn Thị Hoa Lý, 2005).
30JG
Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng
gây ô nhiễm môi trường cao. Lượng nước thải ra lớn, lượng nước sử dụng cho
nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là 30-50 lít nước/con/ngày đêm (Hồ
Thị Kim Hoa và cs, 2005). Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa
để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản; Lượng
nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung
quanh, do đó thường được thải trực tiếp ra môi trường.
Nước thải chăn nuôi gồm hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng.
Vì vậy, nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt
phân bón. Nước phân chuồng nghèo lân, giàu đạm và rất giàu Kali. Đạm
trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: urê, axit uric và axit
hippuric, khi để tiếp xúc với không khí một thời gian hay bón vào đất thì bị
VSV phân giải axit uric và axit hippuric thành urê và sau đó chuyển thành
amoni carbonat (Bùi Hữu Đoàn, 2011).
15
Trong nước thải chăn nuôi, hàm lượng BOD rất cao khoảng trên 3.000
mg/l, hàm lượng nitơ trên 200, hàm lượng chất lơ lửng và số lượng vi sinh vật
cũng rất cao. Theo Bộ NN&PTNT (2013) hàng năm đã có tới khoảng 36 triệu
tấn nước tiểu vật nuôi được thải ra, chưa kể hàng chục triệu tấn nước thải sau
tắm và rửa chuồng trại nữa.
Bảng 2.7. Tổng lượng nước thải chăn nuôi gia súc giai đoạn 2009 – 2011
MA$69
Năm

Tổng lượng nước thải
Tổng cộng
Lợn Trâu Bò
2009 8,06 9,49 20,03 37,58
2010 7,99 9,55 19,41 36,95
2011 8,11 9,62 18,29 36,02
"#$: (BE]^FJ:C,KL0
0(HF#
Đối với ô nhiễm khí và tiếng ồn thì ngành chăn nuôi đóng góp khá tích cực.
Chăn nuôi là một ngành sản xuất tạo ra nhiều loại khí thải nhất, có tới trên 170
chất khí có thể sinh ra từ chăn nuôi, điển hình là các khí CO
2
, CH
4
, NH
3
,
NO
2
,N
2
O, NO, H
2
S, indol, schatol mecaptan…và hàng loạt các khí gây mùi khác.
Ở điều kiện bình thường, các chất bài tiết từ gia súc, gia cầm như phân và nước
tiểu nhanh chóng bị phân giải tạo ra nhiều chất khí có khả năng gây độc cho người
và vật nuôi (Bùi Hữu Đoàn, 2011).
Tiếng ồn trong chăn nuôi thường gây nên bởi hoạt động của gia súc, gia
cầm hay tiếng ồn sinh ra từ hoạt động của các máy công cụ sử dụng trong
chăn nuôi. Tiếng ồn từ gia súc, gia cầm là những âm thanh chói tai, rất khó

chịu, đặc biệt là trong những khu chuồng kín.
2.3.2. Lịch sử phát triển của công nghệ biogas
E6FG
Cuối những năm 1890, đánh dấu sự xuất hiện của một loại bể chứa
phân được đậy kín bởi việc đăng ký bản quyền của Louis Mouras (Pháp). Đến
16
năm 1930, phân huỷ hiếm khí các phế thải nông nghiệp để tạo ra khí gas bắt
đầu xuất hiện. Phong trào này phát triển mạnh ở Pháp và Đức vào những năm
1940. Những năm 1960, quá trình ủ lên men tạo khí gas chỉ được chú trọng áp
dụng để xử lý phân động vật. Nhưng đến năm 1970 khi cuộc khủng hoảng
năng lượng xảy ra đã tạo tiền đề cho việc phát triển phân huỷ yếm khí phân
thải để sản xuất ra khí đốt (Nguyễn Quang Khải, 2009).
Tuy nhiên, những năm sau đó mối quan tâm dành cho công nghệ
biogas bị suy giảm do giá thành của nhiên liệu tạo ra thấp và do gặp phải một
số vấn đề kỹ thuật với bể ủ biogas. Mối quan tâm này chỉ thực sự được phục
hồi vào những năm 1990, được đánh dấu bởi một số công trình:
+ Chương trình AgSTAR của Mỹ về xử lý chất thải và sản xuất năng
lượng: kết quả là 75 hệ thống ủ cho các trại nuôi lợn và trại sản xuất bơ sữa.
+ Dự án NCSU Smithfield, năm 2001 ở trang trại Barham về khôi phục tài
nguyên sinh học - Xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng biogas ở nhiệt độ thường.
+ Cuốn sách Smithfield Belt System - Ủ biogas cho chất thải khô, ở
nhiệt độ cao của Humenik và cộng sự năm 2004.
Riêng Trung Quốc, tính tới cuối năm 1988 đã có 2.719 công trình khí
sinh học cỡ lớn và trung bình đã được xây dựng tại các trại chăn nuôi, nhà
máy chế biến thực phẩm, khu dân cư (trung bình tăng 300 công trình/năm).
Hàng năm sản xuất 20 triệu m
3
khí sinh học, cung cấp cho 5,59 triệu gia đình
sử dụng và phát điện với công suất 866kW, sản xuất thương mại 24.900 tấn
phân bón và 7.000 tấn thức ăn gia súc (Nguyễn Quang Khải, 2009).

Ở Cộng hoà Liên bang Đức việc xây dựng các công t™nh khí sinh học
tăng từ 100 thiết bị/năm trong những năm 1990 lên tới 200 thiết bị/năm vào
năm 2000. Hầu hết các công trình có thể tích phân huỷ từ 1000 – 1500 m
3
,
công suất khí từ 100 – 500m
3
. Năm 1996 – 1997, nhà thầu đã xây dựng một
nhà máy khí vi sinh tại Pastitz, công suất 2.880 tấn/ngày (Nguyễn Quang
Khải, 2009). Thiết kế kỹ thuật và xây dựng hệ thống điều khiển bằng máy
17