Đánh giá tình hình áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên sẽ góp một phần giải quyết các vấn đề trên.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM




TẠ VĂN PHƯƠNG


Tên đề tài:


ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH ÁP DỤNG BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG
XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN XÃ PHÚ LẠC -
HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa : Môi trường
Lớp : K42 – KHMT N03
Khoá học : 2010 - 2014

Thái Nguyên, năm 2014


Lời cảm ơn

Sau một thời gian nghiên cứu triển khai đề tài : “ Đánh giá tình hình áp
dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc
_huyện Đại Từ_ tỉnh Thái Nguyên” đến nay tôi đã hoàn thành đề tài của mình.
Để có kết quả như ngày hôm nay, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận
tình của nhiều tổ chức, cá nhân. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS.
Nguyễn Đức Nhuận, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu
và hoàn thành luận văn.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và tạo điều kiện của
UBND xã Phú Lạc và đặc biệt là các hộ gia đình trong xã đã nhiệt tình giúp đỡ
tôi trong quá trình nghiên cứu và thu thập thông tin.
Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới
người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em hoàn thành tốt
việc học tập, nghiên cứu đề tài trong suốt thời gian vừa qua.
Vì thời gian và khả năng có hạn nên khóa luận tốt nghiệp của em không
tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô
giáo và các bạn để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

STT Chữ viết tắt Diễn giải
1
BHYT
Bảo hiểm y tế
2
BVMT
Bảo vệ môi trường
3
CTKSH
Công trình khí sinh học
4
ĐVT
Đơn vị tính
5
KSH
Khí sinh học
6
NN

Nông nghiệp
7
PTNT
Phát triển nông thôn
8
PNN
Phi nông nghiệp
9
VSV
Vi sinh vật
10
UBND
Ủy ban nhân dân
11
VAC
Vườn ao chuồng
12
KST
Ký sinh trùng.
13 VK Vi khuẩn



MỤC LỤC
Phần 1
MỞ ĐẦU 1

1.1.Tính cấp thiết của đề tài. 1

1.2. Mục tiêu của đề tài. 2

1.2.1. Mục tiêu chung. 2

1.2.2. Mục tiêu cụ thể 2

1.3. Yêu cầu của đề tài. 2

1.4. Ý nghĩa của đề tài 3

1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 3

1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn 3

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1. Cơ sở lý luận. 4

2.1.1. Cơ sở khoa học. 4

2.1.1.1. Khái niệm chất thải. 4

2.1.1.2. Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm 4

2.1.1.3. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 7

2.1.2. Cơ sở thực tiễn 21

2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu về các biện pháp sinh học trong xử lý
chất thải chăn nuôi trong và ngoài nước. 22

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới. 22

2.2.1.1. Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học của một số nước trên thế giới.22

2.2.1.2. Tình hình nghiên cứu phân hữu cơ trên thế giới. 23

2.2.1.3. Tình ứng dụng chế phẩm sinh học trên thế giới 24

2.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25

2.2.2.1. Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam. 25

2.2.2.2. Tình hình sử dụng nguyên liệu làm phân hữu cơ ở Việt Nam. 26

2.2.2.3. Tình hình ứng dụng chế phẩm sinh học tại Việt Nam. 27



2.2.3. Tình hình nghiên cứu ở Thái Nguyên 28

2.2.3.2. Tình hình sử dụng nguyên liệu làm phân hữu cơ ở Thái Nguyên. 29

2.2.3.3. Tình hình ứng dụng chế phẩm sinh học tại Thái Nguyên. 29

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 30

3.1.1. Đối tượng nghiên cứu 30

3.1.2. Phạm vi nghiên cứu. 30

3.2. Nội dung nghiên cứu. 30

3.2.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội xã Phú Lạc. 30

3.2.2. Khái quát tình hình chăn nuôi. 30

3.2.3. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc. 30

3.2.4. Đề xuất giải pháp nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh
học trong xử lý chất thải chăn nuôi. 31

3.3. Phương pháp nghiên cứu. 31

3.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp. 31

3.3.3 Phương pháp tham khảo ý kiến các chuyên gia. 31

3.3.4 Phương pháp tổng hợp, thống kê số liệu. 31

3.3.5 Phương pháp phân tích bằng các chỉ tiêu giá trị 32

Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Phú Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái
Nguyên. 33

4.1.1. Điều kiện tự nhiên. 33

4.1.1.1. Vị trí địa lý: 33

4.1.1.2. Địa hình. 34

4.1.1.3. Thổ nhưỡng. 34

4.1.1.4. Đặc điểm khí hậu, thời tiết. 34



4.1.1.5. Tài nguyên nước 35

4.1.1.6 Tài nguyên rừng 35

4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội 35

4.1.2.1. Dân số và lao động. 35

4.1.2.2. Hệ thống cơ sở hạ tầng. 36

4.1.2.3. Văn hóa - y tế - giáo dục - An ninh quốc phòng. 37

4.1.2.4. Tốc độ tăng trưởng kinh tế - cơ cấu ngành. 39

4.1.2.5. Hiện trạng sản xuất nông nghiệp 40

4.1.3. Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội 42

4.1.3.1. Thuận lợi: 42

4.1.3.2. Khó khăn 43

4.2. Khái quát tình hình chăn nuôi xã Phú Lạc. 44

4.3. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi trên địa bàn xã 45

4.3.1. Tình hình chất thải chăn nuôi trên địa bàn và nhận thức của người
dân về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi. 45

4.3.1.1. Kết quả khảo sát lượng chất thải chăn nuôi gia súc, gia cầm trên
địa bàn. 45

4.3.1.2. Trình độ nhận thức của người dân về vấn đề xử lý chất thải chăn nuôi.46

4.3.2. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi. 47

4.3.3. Đánh giá kết quả và hiệu quả của các biện pháp sinh học được áp dụng49

4.3.3.1. Đánh giá hiệu quả về môi trường 49

4.3.3.2. Hiệu quả kinh tế 52

4.3.3.Xác định được ưu, nhược điểm của từng phương pháp áp dụng 56

4.3.3.2. Hiệu quả xã hội 60

4.3.4. Những thuận lợi và khó khăn trong việc áp dụng các biện pháp sinh
học trong xử lý chất thải. 60

4.3.4.1. Những thuận lợi 60

4.3.4.2. Những khó khăn 60

4.4. Một số giải pháp chủ yếu nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện
pháp sinh học trên địa bàn. 61

4.4.1. Giải pháp chung 61

4.4.2. Giải pháp cụ thể: 61

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63

5.1. Kết Luận 63

5.2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong vòng 24 giờ 5

Bảng 2.2: Tính chất của chất thải động vật 5

Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật 6

Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 14

Bảng 2.5: Lượng phân chuồng từ một số loài vật nuôi. 18

Bảng 2.6. Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng…….……………… 19
Bảng 4.1: Thành phần dân tộc 35

Bảng 4.2. Tình hình gia tăng dân số giai đoạn 2010-2013. 36

Bảng 4.3. Tỷ lệ hộ nghèo và cận nghèo của xã Phú Lạc 39

Bảng 4.4: Diện tích đất nông nghiệp xã Phú Lạc 40
Bảng 4.5. Tình hình chăn nuôi của xã Phú Lạc năm 2013. 44
Bảng 4.6: Chất thải trung bình của vật nuôi. 45

Bảng 4.7. Nhận thức của người dân về các biện pháp sinh học trong xử lý
chất thải chăn nuôi. 47
Bảng 4.8 Tình hình áp dụng các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi của
các hộ điều tra 47

Bảng 4.9. Hiệu quả về mặt môi trường của các biện pháp xử lý 49

Bảng 4.10:Tác động của Biogas đến môi trường sống. 51

Bảng 4.11. Tổng chi phí đầu tư cho biogas 52

Bảng. 4.12. So sánh một số chất đốt với 1m
3
khí sinh học. 53

Bảng 4.13. Chi phí lợi ích của biogas( ĐVT: Triệu đồng) 53

Bảng 4.14. Tổng chi phí cho ủ phân 54

Bảng 4.15. Tổng chi phí làm đệm lót cho 30- 50 m2 xử lý chất thải chăn nuôi
gà. 55

Bảng 4.16.Đánh giá ưu nhược điểm của các biện pháp xử lý 56

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1 14

Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2 15

Hình 2.3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức – Thái Lan) 15

Hình 2.4 Túi biogas bằng plastic 16

Hình 2.5 Hầm biogas bằng vật liệu composite 17

Hình 4.1: Sơ đồ vị trí địa lý xã Phú Lạc. 33

Hình 4.2: Cơ cấu kinh tế xã Phú Lạc. 4040






1
Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Việt Nam là nước có tới 70% dân số sản xuất nông nghiệp, trong đó chủ
yếu là trồng trọt và chăn nuôi. Ngày nay cùng với sự xuất hiện và phát triển
của nền kinh tế thị trường, khu vực kinh tế nông thôn có nhiều khởi sắc và
chuyển biến rõ rệt. Cơ cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn có nhiều thay đổi,
ngành chăn nuôi đang từng bước phát triển và giữ vị trí quan trọng trong sản

xuất nông nghiệp đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho xã hội đặc biệt khi sự bùng
nổ dân số và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ như hiện nay. Tăng trưởng
chăn nuôi kéo theo các vấn đề về môi trường, tác hại của chất thải chăn nuôi đã
bắt đầu rõ nét ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam. Chất thải chăn
nuôi có mùi hôi, thối, làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn
nước gây nên các bệnh về tiêu hóa, đường hô hấp, viêm da, …ảnh hưởng đến
sức khoẻ và đời sống người dân.
Nguyên nhân chủ yếu do hầu hết người chăn nuôi chưa có biện pháp xử lý chất
thải chăn nuôi, vứt xác gia cầm, gia súc bừa bãi và hệ thống thoát nước làm
cho tình trạng ô nhiễm môi trường chăn nuôi chưa được khắc phục triệt để và
có chiều hướng gia tăng. Nhiều năm qua, chất thải vật nuôi được xử lý bằng 3
biện pháp chủ yếu là: thải trực tiếp ra kênh mương, ao, hồ; được ủ làm phân
bón cho cây trồng; và được xử lý bằng công nghệ sinh học (biogas). Ngoài ra
còn một số biện pháp khác như xử lý chất thải bằng thực vật thuỷ sinh ( cây
muỗi nước, bèo lục bình…), xử lý bằng động vật hay bằng vi sinh vật nhưng
chưa được nhân rộng.
Trước thực tế trên đòi hỏi phải có sự đánh giá đúng thực trạng, thấy rõ được
các tồn tại để từ đó đưa ra các giải pháp mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng
các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn.
Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài: “Đánh giá tình hình áp dụng biện pháp sinh học
trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc_huyện Đại Từ_Tỉnh
Thái Nguyên” sẽ góp một phần giải quyết các vấn đề trên.



2
1.2. Mục tiêu của đề tài.
1.2.1. Mục tiêu chung.
Khảo sát, đánh giá thực trạng áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất
thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên,

những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng. Từ
đó đề xuất các giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả xử lý
chất thải chăn nuôi tại địa phương. Đưa ra cái nhìn khách quan về ý thức bảo
vệ môi trường của một số hộ gia đinh chăn nuôi.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Mục tiêu về kiến thức:
+ Điều tra, thu thập thông tin về tình hình chăn nuôi trên địa bàn
+Tiến hành điều tra, đánh giá tình hình sử dụng các biện pháp sinh học
( Biogas, chế phẩm, ủ phân, ) tại vùng nghiên cứu và hiệu quả của từng biện
pháp.
+ Đề xuất một số giải pháp nhằm nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện
pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi.
- Mục tiêu về kĩ năng:
+ Nắm được các kĩ năng quan sát, phân tích, đánh giá, tổng hợp và tự chủ
trong công việc.
- Mục tiêu về thái độ.
+ Biết cách làm việc và phát huy tính độc lập trong công việc.
+ Biết cách ứng xử tốt tại cơ sở.
1.3. Yêu cầu của đề tài.
- Xác định được các biện pháp sinh học đang áp dụng trong xử lý chất
thải chăn nuôi trên địa bàn,đánh giá hiệu quả của các biện pháp.
- Số liệu thu thập phải chính xác, khách quan, trung thực
- Tiến hành điều tra theo bộ câu hỏi: bộ câu hỏi phải dễ hiểu, đầy đủ các
thông tin cần thiết cho việc đánh giá.
- Các kiến nghị đưa ra phải phù hợp với tình hình địa phương và có tính
khả thi cao.



3

1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Khoá luận giúp cho sinh viên có thể vận dụng được các kiến thức đã học
vào trong thực tiễn.
- Nâng cao nhận thức và sự hiểu biết về các biện pháp sinh học trong xử
lý chất thải chăn nuôi.
- Đồng thời, khoá luận cũng giúp sinh viên nâng cao kiến thức, kĩ năng và
rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này.
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Là cơ sở để các nhà quản lý, lãnh đạo và các ban ngành tham khảo để
đưa ra các phương hướng để phát triển tiềm năng thế mạnh, giải quyết những
khó khăn, trở ngại nhằm phát triển chăn nuôi.















4
Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở lý luận.
2.1.1. Cơ sở khoa học.
2.1.1.1. Khái niệm chất thải.
Có nhiều định nghĩa khác nhau về chất thải. Trong đó: “Chất thải là mọi
thứ mà con người, thiên nhiên và quá trình con người tác động vào thiên nhiên
thải ra môi trường”.
Chất thải là các chất hoặc vật liệu mà người chủ hoặc người tạo ra chúng
hiện tại không sử dụng và thải bỏ chúng.
Chất thải là sản phẩm được phát sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con
người, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, giao thông,
sinh hoạt gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn…
2.1.1.2. Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm
A. Chất thải chăn nuôi
* Khái niệm chất thải chăn nuôi
- Chất thải chăn nuôi: là những chất thải của vật nuôi và cả những chất
độn chuồng. Chất thải chăn nuôi được phân ra làm 3 loại: chất thải rắn, chất
thải lỏng và chất thải khí (Bộ NN & PTNT,Cục Nông nghiệp, 2005 Chất thải
đó là một lượng lớn chất thải hữu cơ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất
cao.)[2].
* Lượng chất thải chăn nuôi thải ra.
Theo Lochr (1984) được trích dẫn bởi Lăng Ngọc Huỳnh (2000) lượng
phân của gia súc có thể thay đổi theo lượng thức ăn mỗi ngày như vậy có thể
thay đổi theo thể trọng. Lượng phân và nước thải của vật nuôi được Lê Văn
Căn (1983) ghi nhận như sau:



5
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong vòng 24 giờ

Loại vật nuôi Phân tươi (kg) Nước tiểu (kg)
Trâu 18 - 25 8 - 12
Bò 15 - 20 6 - 10
Ngựa 12 - 18 4 - 6
Heo 1,2 –Ố3,0 2 - 4
Dê, cừu 1,5 –Ố2,5 0,6 - 1
Gà, vịt 0,02 –Ố0,05 -
( Nguồn: Lê Văn Căn 1982)
Với nguồn chất thải như thế, nếu không xử lý sẽ phát sinh nhiều mùi hôi
thối do hoạt động phân huỷ chất hữu cơ của các vi sinh vật có trong chất thải
gây ảnh hưởng đến sức khoẻ con người. Đồng thời gây ra các bệnh truyền
nhiễm do các loại vi khuẩn gây bệnh như E.Coli, Salmollela, Leptospira….
Sống trong phân có thể tồn tại lâu trong nước. [14], [5]
* Thành phần, tính chất của chất thải.
Thành phần, tính chất của các loại chất thải có sự khác nhau giữa các
loại gia súc. Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân huỷ sinh học và năng
suất sản sinh Biogas. Các số liệu được thống kê và so sánh được trình bày
trong bảng 2.2
Bảng 2.2: Tính chất của chất thải động vật
Loại chất thải
Tỷ lệ
C:N
%
H
2
0
KgVS/con/ngày

Lít nước

thải/con/ngày
Chất thải của gia súc 9,3 65 5,9 28,3
Chất thải của bò 16-25 78-80 4,2 37,3
Chất thải của ngựa 25 75 - -
Chất thải của lợn 14 82 2,7 28,3
Chất thải của cừu 20 68 - -
(Nguồn: Le Thi Xuan Thu, Biogas Engineer/Extension in charge – Biogas
Project Division – The Biogas Program for Animal husbandry sector of Viet
Nam)



6
Ngoài chất thải động vật và con người, thực vật cũng là nguồn nguyên
liệu được sử dụng để sản xuất Biogas và phân bón sinh học.
Đối với Việt Nam, một quốc gia có nền nông nghiệp là chính, đặc biệt về
chăn thả gia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn. Khối lượng chất thải của động
vật thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện chăn nuôi và chuồng trại. Lượng phân
động vật sản xuất một năm ước tính theo bảng 2.3.
Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật
Động vật
Tấn/năm
( tính trên 454 kg
thịt sống)
Hàm lượng Nito ( kg/năm/454kg thịt
sống)
Trong nước
tiểu
Trong phân

Tổng
Ngựa 20 5,4 8,8 14,2
Bò 30 4,8 4,9 9,7
Lợn 33,7 4,0 3.6 7,6
Cừu 13,9 9.9 10.7 20,6
Gà, vịt 9,5 - 20 20
Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật
xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008[12].
Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng (nước tiểu của
động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ… đặc tính
và tỷ lệ tương ứng các thành phần này thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào loại
động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại… Rơm và cây cỏ thường được sử
dụng để lót chuồng chứa một lượng lớn các bon, đặc biệt là dạng xenlulo, một
lượng nhỏ nitơ và khoáng chất. Thành phần protein trong phân cung cấp môi
trường đủ chất dinh dưỡng để các VSV phát triển.



7
b. Nguy cơ ô nhiễm môi trường.
- Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù
hợp với tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật
(Luật BVMT năm, 2005)[8].
- Ô nhiễm do kim loại nặng: Các nguyên tố vi lượng, kim loại nặng, vật nuôi
không tiêu hóa hết bài tiết ra ngoài theo đường phân làm thoái hóa đất, ức chế
hoạt động của VSV, ô nhiễm nước ngầm, tích tụ trong nội tạng người và vật
nuôi là nguyên nhân gây các loại bệnh tật.
- Ô nhiễm do khí độc: Trong phân, nước thải của lợn có khoảng 40 loại khí độc
khác nhau sinh ra từ quá trình thối rữa thức ăn thừa và xác động thực vật do
hoạt động sống của vi khuẩn yếm khí. Các khí thải H2S, NH3, CH4, CO2,

N
2
O gây mùi hôi thối khó chịu, kích thích trung khu hô hấp của người và vật
nuôi, có thể gây ngộ độc hoặc tử vong.
- Ô nhiễm do vi sinh vật và ký sinh trùng gây bệnh: Theo tài liệu của FAO có
khoảng 90 loại bệnh liên quan giữa người và gia súc mà phần lớn do các vi
sinh vật và ký sinh trùng (KST) lan truyền từ chất bài tiết của vật nuôi bị bệnh
vào không khí, nguồn nước, đất, nông phẩm, trong đó phổ biến và nguy hiểm
nhất là nhóm vi khuẩn gây bệnh đường ruột [5].
2.1.1.3. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi
a. Phương pháp sử dụng bể Biogas
* Khí sinh học.
- Khí sinh học (Biogas) là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ
(phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện
yếm khí (không có không khí), VSV phân hủy các chất tổng hợp và sinh ra
khí. Biogas là một hỗn hợp khí bao gồm Metan (CH
4
), Cacbon Dioxit (CO
2
),
Nito (N
2
) và Hydro sunphat (H
2
S). Thành phần chủ yếu của Biogas là Metan
(chiếm 60 – 70%) và Cacbon dioxit (chiếm 30 – 40%)(Bộ NN &
PTNT,2011)[1].
- Hầm biogas là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn
nuôi, sản xuất được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas - được sử dụng

8
như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản
xuất(Bộ NN & PTNT,2011)[1].
* Nguyên lý của quá trình chuyển hóa.
Về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài
ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một hợp chất dạng khí – khí sinh học (
biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là mêtan và cacbon
dioxide, trong đó thành phần mêtan chiếm 60 – 70%. Quá trình này được gọi là
quá trình lên men kị khí hoặc quá trình sản xuất khí mêtan sinh học.
Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối…
trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của
oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của VK kị khí chiếm ưu thế, chuyển
hóa các hợp chất dạng hydrocacbon. Các thành phần dinh dưỡng như hợp chất
chứa nitơ dạng hòa tan sẽ vần tồn tại trong dung dịch sau phân hủy và là nguồn
phân bón giàu dinh dưỡng cho đất mùn.
Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn thủy phân (Hydrolysis)
- Giai đoạn khử axit (Acidgensis)
- Giai đoạn lên men metan (Methanogenesis)
* Giai đoạn tạo axit (thủy phân)
Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ bị
khử thành các monomer (phân tử cơ bản). Sản phẩm của quá trình bao gồm:
- Chất béo axit béo
- Protein amino axit
- Hydratcacbon đường
Sản phẩm của giai đoạn này sẽ được các VK lên men chuyển hóa, hình
thành các sản phẩm như:
- H

2
, H
2
O, CO
2
, H
2
S
- Axit acetic CH
3
COOH
- Rượu và các axit hữu cơ yếu.
* Giai đoạn khử axit
Trong bước này vi khuẩn Acetogen sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu
cơ yếu thành các sản phẩm sau:



9
- H, H
2
O, CO
2

- Axit acetic CH
3
COOH
* Giai đoạn tạo CH
4

Trong bước 3 – bước 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 VK mêtan.
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 VSV bẻ gãy amino axit methionine thiết yếu. Trong giai
đoạn mêtan hóa, H
2
S cũng tiếp tục được sinh ra do các nhóm VSV khử
sunphat khác nhau sử dụng axit béo (đặc biệt là acetat), protein làm nguồn cơ
chất cho quá trình phân hủy.
Cả 3 giai đoạn trên càng có sự liên kết thì quá trình phân hủy, lên men
chất hữu cơ trong hầm ủ diễn ra càng nhanh.
c. Thành phần, tính chất biogas.
Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng
700
0
C. Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng Biogas khoảng 870
0
C.
Thành phần Biogas bao gồm 50 -70% CH
4

; 35 - 50% CO
2
; hàm lượng hơi
nước khoảng 30 – 160g/m
3
; hàm lượng H
2
S 4 - 6 g/m
3
. Giá trị năng lượng
khoảng 5,96 kWh/m
3
và tỷ trọng 0,94 kg/m
3
. Lượng không khí cần thiết cho
quá trình cháy của Biogas khoảng 5,7 m
3
không khí/ m
3
biogas, với tốc độ cháy
khoảng 40 cm/s. Hàm lượng CH
4
sinh ra đối với từng loại chất thải điển hình
được liệt kê như sau:
- Chất thải của trâu, bò: 65%
- Chất thải của gia cầm: 60%
- Chất thải của lợn: 67%
Lượng khí sinh ra được xác định bằng (Nm
3
) biogas hoặc (Nm

3
) CH
4
.
Việc xác định theo (Nm
3
) biogas sẽ nhanh hơn, nhưng không chính xác bằng
phương pháp xác định theo (Nm
3
) CH
4
.
Quá đó giá trị năng lượng của 1 m
3
biogas chứa 62% CH
4
khoảng 22MJ,
tương ứng với năng lượng điện khoảng 6kWh. Về hệ số tỷ lượng cháy, nhu cầu



10
không khí cho quá trình cháy khoảng 9,6 m
3
không khí/ m
3
CH
4
, tức khoảng
5,75 m

3
không khí/ m
3
biogas(Nguyễn Quang Khải, 2006, Nxb Nông
nghiệp)[6].
* Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học.
Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo Biogas được thực hiện
bởi các nhóm VSV. Các VSV này sử dụng một số enzyme để làm chất xúc tác
cho phản ứng sinh học. Hoạt động của các enzyme này đòi hỏi các điều kiện
hóa lý riêng (hay còn gọi là điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quy trình
chuyển hóa sinh học. Các yếu tố hóa lý quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của
phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, yếu
tố gây độc, tốc độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu
trong hầm. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xét trên nhiều khía cạnh
khác nhau được trình bày chi tiết như sau:
• Nhiệt độ.
Trong quá trình phân hủy tạo Biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của
phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng (yếu tố gây độc), độ hòa
tan của CO
2
và thành phần biogas sinh ra. Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ
phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao.
Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10
0
C. Tuy nhiên,
điều này hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại VK tham gia vào quá trình
chuyển hóa Biogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Ba
khoảng nhiệt độ mà VK hoạt động hiệu quả nhất là:
- T <15
0

C: Khoảng hoạt động của VK ưa lạnh;
- T = 15 - 45
0
C: Khoảng hoạt động của VK ưa nhiệt độ trung bình;
- T = 45 - 65
0
C: Khoảng hoạt động của VK ưa nhiệt;
Trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ hoạt động của hai nhóm VK
ưa nhiệt trung bình (khoảng 25 - 37
0
C) và VK ưa nhiệt (khoảng 55
0
C) là quan
trọng vì quá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 10
0
C.
Vấn đề ảnh hướng thứ 2 của nhiệt độ là độ hào tan của CO
2
và kim loại
năng. Độ tan của CO
2
giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại, ở nhiệt độ thấp hàm
lượng CO
2
hòa tan trong pha lỏng sẽ cao. Đối với kim loại nặng, khả năng hòa



11
tan tăng theo nhiệt độ và do đó, tại nhiệt độ cao, sự có mặt của chúng có thể là

yếu tố gây độc.
Một điểm bất lợi của quá trình phân hủy nhiệt độ cao đó là trong thành
phần Biogas sinh ra sẽ có sự hiện diện của khí H
2
S, tác nhân gây mùi hôi.
• Thời gian lưu.
Thời gian lưu được tính bằng tỷ số giữa thể tích hầm phân hủy và thể tích
nguyên liệu đi vào hầm trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày.
Thể tích hầm phân hủy (m3)
T (ngày) =
Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m3/ ngày)
Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho VK có tốc độ phát triển
chậm nhất có thể tái sinh. Nếu thời gian lưu nước lớn hơn 10 ngày, ở nhiệt độ
35
0
C, lượng biogas sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định, đối với VK ưa nhiệt trung
bình, thời gian phân hủy tối ưu khoảng 20 – 30 ngày. Đối với VK ưa nhiệt thời
gian phân hủy chỉ từ 3-10 ngày nếu thời gian lưu có tăng lên nữa thì lượng
biogas cũng không tăng thêm nhiều. Do đó, thời gian lưu càng lâu, hiệu quả
của quá trình càng thấp.Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối
với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh.
• Độ PH.
Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH e" 7,0 (trong môi trường độ kiềm yếu).
Sự xuất hiện một số ion sau có thể làm ảnh hưởng đến pH của hầm: HCO
3
-
,
H
2
CO

3
-
, NH
4
+
, CH
3
COO
-
, Ca
2+
… gốc HCO
3
-
góp phần làm tăng độ kiềm
bicacbonat thông qua phản ứng thuận nghịch sau:
HCO3- + CH3COOH ”! H2O + CO2 + CH3COO-
Dãy pH tối ưu của hầm ủ nằm trong khoảng trung tính (6,8 – 7,4). Khi tỷ
lệ sinh các axit béo bay hơi vượt quá khả năng VK mêtan hóa có thể sử dụng,
pH sẽ giảm xuống dưới mức tối ưu. Để tăng pH trở lại, quy trình vận hành cần
bổ sung thêm độ kiềm cho hầm phân hủy, lấy từ nguồn bên ngoài. Độ kiềm
bicacbonat trong quá trình phân hủy kị khí cần duy trì ở mức ≥ 1.000 mg
CaCO
3
/l để đảm pH thích hợp. Nếu vận hành đúng theo nguyên tắc, tỷ lệ axit
bay hơi và độ kiềm tổng cộng phải duy trì ở mức 0,5.



12

Sự thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzyme. Các
VSV và enzyme của chúng rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối ưu, thể
hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng hoạt
hóa của các enzyme. Mỗi enzyme chỉ có hoạt tính trong một dãy pH nhất định.
Hiện tượng pH bị lệch khỏi khoảng pH tối ưu có thể gây ra các tác động sau
đây đối với các enzyme:
- Làm thay đổi độ ổn định của các nhóm enzyme có khả năng ion hóa.
- Làm thay đổi các thành phần enzyme không có khả năng oxy hóa trong hệ
thống.
- Làm biến tính hệ enzyme.
Các VK mêtan hóa nhạy cảm với sự thay đổi pH hơn so với VK axit hóa
và chỉ hoạt động trong khoảng pH hẹp (pH tối ưu cho hoạt động của VK
mêtan hóa khoảng 6,8 – 8,5; VK axit hóa có thể tồn tại trong môi trường pH
thấp khoảng 5,5).
Nồng độ và dạng tồn tại của amoniac cũng có ảnh hưởng quan trọng đến
pH của hầm ủ. Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định trạng thái tồn tại
của amoniac (NH
3
), amoniac tồn tại ở dạng NH
4
+
không gây độc đối với VK,
ngược lại với ammoniac tự do. Nồng độ NH
3
ở mức 100ppm sẽ rất độc và có
thể là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ.
• Tỷ lệ C/N.
Để tạo điều kiện sinh trưởng và phát triển tối ưu của VK, điều cần thiết là
phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dạng các hợp chất hóa học với nồng độ
thích hợp. Cacbon và nitơ (có trong protein, nitrat…) là những thành phần dinh

dưỡng chính của VK kị khí. Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lượng N sẽ bị VK mêtan
hóa tiêu thụ nhanh để tổng hợp protein của chúng và sẽ không còn đủ để phản
ứng với lượng C còn lại trong nguyên liệu, do đó lượng khí Biogas sinh ra sẽ
thấp. Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giải phóng và tích lũy
dưới dạng amoni (NH
4
). (NH
4
) sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy, pH cao
hơn 8,5 sẽ là một yếu tố gây cản trở hoạt động của VK mêtan hóa.
Các VK axit hóa và VK mêtan hóa đều cần tỷ lệ C/N: 25-30:1 cho quá
trình hoạt động tối ưu. Mặc dù các loại chất thải hữu cơ khác nhau có tỷ lệ C:N



13
khác nhau nhưng hỗn hợp các nguyên liệu này trước khi đi vào hầm phân hủy
phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng 25-30:1.
• Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào
Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của VSV. Hơn nữa,
nước là môi trường cần thiết cho sự di chuyển của VK, hoạt động của các
enzyme ngoại bào và thủy hóa các polymer sinh học, tạo điều kiện cho quá
trình phân hủy.
Tuy nhiên việc duy trì quá nhiều nước trong hầm phân hủy sẽ làm tăng thể
tích hầm và trở nên cồng kềnh. Do đó, độ ẩm trong hầm phải được duy trì ở mức
tối ưu. Hàm lượng độ ẩm đối với từng loại cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy
thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng.
Khi thành phần độ ẩm quá cao, điều đó có nghĩa là nhiệt độ chất thải thấp,
kết quả là sản lượng biogas sinh ra sẽ giảm, nếu thành phần độ ẩm qua thấp,
các axit hoạt tính sẽ tích lũy và gây ra trở ngại cho quá trình lên men. Đối với

hầu hết các loại hầm ủ biogas, tỷ lệ nguyên liệu thô đầu vào: nước lý tưởng
phải đạt mức 1:1.
• Thành phần gây độc.
Nồng độ của ammoniac, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt và kim
loại nặng…. là các yếu tố gây độc với VSV, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí
biogas. Tỷ lệ C/N thấp trong hỗn hợp đầu vào sẽ làm tăng hàm lượng amoniac.
Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn của động vật hoặc khi tiêm phòng cho
động vật có thể gây ra các tác động tiêu cực đến khả năng sinh khí biogas.
Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại được trình bày trong bảng 2.4



14
Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại
Thành ph
ần

mg/l

Sunfate SO
4
2
-

5.000

NaCl

40.000

Cu

100

Cr

200

Ni

200
-
500

Cianua (CN)

< 25

H
ợ
p ch
ất bề mặt

40 ppm

Amonia

3.000

Na

5.500

K

4.500

Ca

4.500

Mg

1.500

(Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternationnal
Publisher[1100]).
* Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam.
 Hầm xây KT1
Kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngầm thấ
p, có
thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp.

Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1




15
 Hầm xây KT2

Kiểu KT2 phù hợp với những vùng có nền đất yếu, mực nước ngầm cao, khó
đào sâu và diện tích mặt bằng rộng.

Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2
 Hầm biogas nắp vòm cố định TG-BP (hầm kiểu Thái - Đức)
Loại hầm này đã được Trung tâm Năng Lượng mới, Đại học Cần Thơ
thử nghiệm và phát triển có hiệu quả ở miền Nam trong việc xử lý phân người
và phân gia súc.

Hình 2.3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức – Thái Lan)
 Túi biogas
Loại này có ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của
người dân. Tuổi thọ của túi tùy thuộc vào thời gian lão hóa của nguyên liệu



16
làm túi. Nhược điểm của loại túi này là rất dễ hư hỏng do sự phá hủy của
chuột, gia súc, gia cầm.


Hình 2.4 Túi biogas bằng plastic
 Hầm biogas bằng vật liệu composite
Bể biogas composite là công nghệ xử lý chất thải trong sinh hoạt và chăn
nuôi mới áp dụng trên địa bàn đang được nhiều nông dân đưa vào sử dụng.
Ưu điểm của hầm là: Tiết kiệm thời gian, khẳ năng lắp đặt, di chuyển hầm
biogas rất nhẹ, dễ di chuyển, có thể lắp đặt tại nhiều dạng địa hình loại đất
khác nhau mà bể xây bằng gạch không thể xây lắp được, dễ dàng di chuyển khi
cần thiết; Độ bền của hầm biogas composite là rất cao, chất liệu composite có
thể chịu lực, chịu sự ăn mòn hóa học, kín tuyệt đối, không rò rỉ ra ngoài, gây

mất vệ sinh môi trường. Hầm biogas composite có thể tự động phá váng 100%,
tự động cân bằng áp suất gas khi áp suất trong hầm quá điều kiện cho phép,
không xảy ra hiện tượng nổ, vỡ hầm như một số hầm bể xây bằng gạch.