Điều tra, đánh giá tình hình sử dụng hầm biogas tại xã Na Mao - huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên và đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM


ĐỖ THỊ THU HÀ

Tên đề tài:
ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TẠI
XÃ NA MAO – HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯA RA
CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC



Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa : Môi trường
Khoá : 2010 – 2014
Giảng viên hướng dẫn : ThS. Trần Thị Phả




Thái Nguyên, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực tập và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp, em đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo hướng dẫn tận tình chu đáo
của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.

Trước hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Trường Đại học
Nông lâm Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô giáo trong khoa Tài nguyên và
Môi Trường đã dạy dỗ, dìu dắt em trong những năm tháng học tập tại trường.
Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo,cô giáo trực
tiếp hướng dẫn PGS.TS. Đàm Xuân Vận và cô giáo TS.Trần Thị Phả đã ân
cần chỉ bảo, tận tình hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn các bác, các cô chú, anh chị đang
làm việc tại UBND xã Na Mao và toàn thể nhân dân trong xã đã tận tình giúp đỡ
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian thực tập tại địa phương.
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./.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 4 năm 2014.
Sinh viên


Đỗ Thị Thu Hà
MỤC LỤC
Trang
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 3
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
2.2. Cơ sở khoa học của đề tài nghiên cứu 5
2.2.1. Một số khái niệm 5
2.2.2. Khí sinh học và sự phát triển bền vững 6
2.2.3. Đặc tính và khả năng sản sinh khí biogas 6
2.2.4. Quá trình sản sinh khí sinh học 10
2.2.5 Thành phần, tính chất Biogas 12
2.2.6 Các yếu tố lý h óa ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học 12
2.2.7. Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam 17
2.2.8 Lợi ích của công nghệ biogas 20
2.3. Lịch sử phát triển của Biogas 22
2.3.1 Trên thế giới 22
2.3.2 Tại Việt Nam 23
2.4. Công nghệ Biogas tại Thái Nguyên 25
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU 26
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 26
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành 26
3.3. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 26
3.3.1. Nội dung nghiên cứu 26
3.3.2. Phương pháp nghiên cứu 26
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 28
4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội xã Na Mao 28
4.1.1. Điều kiện tự nhiên 28
4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 30

4.1.3. Đánh giá chung ĐKTN, KT - XH đối với việc phát triển hầm Biogas. 33
4.2 Đánh giá tình hình sử dụng hầm Biogas tại xã Na Mao 35
4.2.1 Điều kiện lắp đặt hầm Biogas tại xã Na Mao 35
4.2.2 Kết quả điều tra tình hình sử dụng biogas 37
4.2.3 Đánh giá hiệu quả về kinh tế - xã hội và môi trường của hầm biogas
trên địa bàn xã Na Mao 43
4.3. Đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm Biogas 46
4.3.1 Những vấn đề còn tồn tại khi sử dụng hầm biogas tại xã Na Mao 46
4.3.2 Đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas 47
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51
5.1 Kết Luận 51
5.2 Kiến Nghị 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật 7
Bảng 2.2: Tính chất của chất thải động vật 7
Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật 8
Bảng 2.4: Thành phần CH
4
, CO
2
trong biogas sinh ra từ các hợp chất hữu cơ 9
Bảng 2.5: Sản lượng khí hàng ngày 9
Bảng 2.6 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 17
Bảng 4.1 Cơ cấu các loại đất chính tại xã Na Mao năm 2013 29
Bảng 4.2 Tình hình gia tăng dân số giai đoạn 2010 – 2013 30
Bảng 4.3 Cơ cấu lao đông xã Na Mao 31

Bảng 4.4: Diện tích đất nông nghiệp xã Na Mao 33
Bảng 4.5 Lượng chất thải phát sinh trung bình ngày của gia súc 35
Bảng 4.6 Các kiểu hầm biogas được người dân xây dựng 37
Bảng 4.7: Quy mô hầm biogas tại xã Na Mao năm 2014 38
Bảng 4.8: Mục đích sử dụng Biogas tại xã Na Mao 40
Bảng 4.9 Lượng khói trong nhà bếp so với trước 42
Bảng 4.10 So sánh hiệu quả về môi trường giữa hộ sử dụng biogas và hộ
không sử dụng biogas 45
Bảng 4.11 Các phương pháp khắc phục sự cố hầm biogas 48
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1 18
Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2 18
Hình 2.3 Túi biogas bằng plastic 19
Hình 2.4: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức – Thái Lan) . 19
Hình 2.5 Hầm biogas bằng vật liệu composite 20
Hình 4.1. Nguồn tiếp nhận thông tin về biogas của các hộ dân 36
Hình 4.2. Lý do người dân lắp đặt Biogas 37
Hình 4.3. Quy mô hầm Biogas 39
Hình 4.4. Hình thức sử dụng khí biogas 40
Hình 4.5 Loại bếp sử dụng cho biogas 41
Hình 4.6 Thời gian nấu ăn bằng biogas 42
Hình 4.7 Ý nghĩa của hầm biogas đối với môi trường sống 45
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

VSV : Vi sinh vật
VK : Vi khuẩn
KT1, KT2 : Kiểu hầm Biogas
NN & PTNT : Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
UBND : Ủy ban nhân dân

ĐKTN :Điều kiện tự nhiên
KT – XH : Kinh tế - xã hội



PHẦN 1
MỞ ĐẦU

1.1.Tính cấp thiết của đề tài
Trong bối cảnh hiện nay, nguồn năng lượng trên thế giới càng ngày
càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm
không phải của chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu.
Trước tình hình trên , từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã
bắt đầu nghiên cứu để tìm ra nhiều loại năng lượng khác nhau, nhất là năng
lượng tái tạo. Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là
năng lượng có từ sự phân hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia
súc, gia cầm như trâu, bò, lợn, gà… đó chính là năng lượng khí sinh học hay
còn gọi là Biogas. Biogas là nguồn năng lượng sạch đang được ứng dụng
nhiều hiện nay, cùng với sự phát triển nhanh của ngành chăn nuôi vấn đề
năng lượng đang từng bước được giải quyết. Không những thế, biogas đang
là lựa chọn hàng đầu của của các trang trại ,hộ gia đình để giải quyết hầu hết
các phế phẩm dư thừa cũng như lượng phân thải của gia súc gia cầm chăn
nuôi, đem lại lợi nhuận và làm sạch môi trường xung quanh.
Ở nước ta, chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đã quan tâm và đề
cập nhiều đến vấn đề môi trường nông thôn. Nước ta là một trong số các quốc
gia đông dân trên thế giới. Nước ta có khoảng 70% dân số sinh sống ở nông
thôn, miền núi. Việc đảm bảo nước sinh hoạt và vệ sinh môi trường đang là
vấn đề lớn. Tỷ lệ dân số cao trong nông thôn cùng thói quen sử dụng củi đốt,
rơm rạ trong đun nấu gây nên ảnh hưởng lớn về tiêu thụ năng lượng. Trong
những năm gần đây, vấn đề về năng lượng luôn được cả thế giới quan tâm,

chưa bao giờ giá dầu lại tăng đến mức kỷ lục từ trước tới nay, có khi lên tới
130 USD/thùng. Giá xăng của Việt Nam có thời kỳ tăng cao là 24,9 VNĐ/lít,
giá gas tăng đến 450.000 VNĐ/bình 12 kg, giá điện cũng tăng nhanh càng
ngày càng gây áp lực lớn lên tất cả các hộ gia đình.
Đối mặt với tình hình khan hiếm năng lượng và ô nhiễm môi trường
nông thôn, cần phải tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn
năng lượng đã bị cạn kiệt, có một giải pháp rất hiệu quả: Làm hầm biogas
trong các hộ gia đình ở nông thôn. Thực hiện biogas tạo ra khí ga phục vụ cho
đun nấu, thắp sáng trong gia đình, đồng thời chất thải của động vật nuôi và
chất hữu cơ được xử lý trong hầm kín, tránh được mùi hôi thối, xử lý ô nhiễm
môi trường và chất cặn bã có thể sử dụng làm phân bón. Chỉ với giải pháp sử
dụng hầm biogas đã giải quyết được hai vấn đề lớn liên quan đến nông thôn,
biogas thực sự là một giải pháp hiệu quả. Vì vậy, em tiến hành thực hiện đề
tài: “Điều tra, đánh giá tình hình sử dụng hầm biogas tại xã Na Mao -
huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên và đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu
quả sử dụng hầm biogas”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu chung
Điều tra, đánh giá tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã Na Mao -
huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ
gia đình trong quá trình sử dụng. Từ đó đưa ra các giải pháp nhằm khắc phục
khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas tại địa phương.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Mục tiêu về kiến thức:
+ Biết cách điều tra, đánh giá được tình hình sử dụng hầm biogas quy
mô hộ gia đình.
+ Tìm ra được các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas.
+ Nắm rõ được quy trình, kĩ thuật xây dựng hầm biogas.
- 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
- Điều tra, đánh giá chính xác, trung thực, khách quan tình hình sử
dụng hầm ủ biogas quy mô hộ gia đình tại địa phương.
- Đưa ra được các giải pháp có tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện của
địa phương, thu hút được sự tham gia và đồng ý của người dân địa phương.
1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Khóa luận giúp cho sinh viên có thể vận dụng được các kiến thức đã
học vào trong thực tiễn.
- Đồng thời, khóa 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
- Khóa luận là cơ sở để địa phương có các biện pháp quản lý và sử
dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi.


PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở lý luận
Công nghệ sinh học ngày càng được sử dụng phổ biến và rộng rãi
không những ở nước ta mà còn ở nhiều nước trên thế giới. Công nghệ hầm
Biogas (hầm khí sinh học) được dùng để xử lý chất thải chăn nuôi và tạo ra
khí sinh học (gas) phục vụ cho hoạt động sản xuất và sinh hoạt. Đây là mô
hình vừa có thể xử lý ô nhiễm môi trường do nguồn chất thải trong chăn nuôi,
vừa đem lại hiệu quả kinh tế thiết thực đặc biệt cho cuộc sống. Đối với những

hộ chăn nuôi gia súc, gia cầm thì công nghệ khí sinh học đã tận dụng nguồn
chất thải của vật nuôi và triệt tiêu mùi hôi thối từ chất thải. Nước thải của hệ
thống hầm khí Biogas đã tiêu diệt hết 99% trứng giun sán, tận dụng làm phân
bón vi sinh hoặc tưới rau sạch, mang lại nguồn phân bón an toàn cho canh tác,
hạn chế côn trùng phát triển qua đó giúp giảm dịch hại từ 60 - 80%, bảo vệ
sức khỏe của người dân. Công nghệ khí sinh học đem lại lợi ích kinh tế, xã
hội cho người dân, đó là việc sử dụng hầm khí Biogas giúp cho mỗi hộ gia
đình có thể tiết kiệm một khoản tiền nhất định cho chi phí chất đốt (thắp sáng,
đun nấu,…). Hầm khí sinh học ngoài tác dụng xử lý phân, rác thải, vệ sinh
môi trường, hạn chế chặt phá rừng lấy củi đun nấu mà còn góp phần cải thiện
điều kiện lao động và tạo ra nếp sống văn minh. Do đó mô hình hầm khí
Biogas ngày càng được phát triển và nhân rộng khắp trên mọi vùng miền của
tổ quốc.
Thái Nguyên là tỉnh có điều kiện khí hậu thuận lợi cho VSV phát triển
quanh năm. Đó là cơ sở và tiềm năng cho việc xậy dựng và sử dụng hầm khí
Biogas. Hàng năm các dự án xây dựng mới hầm khí Biogas do tổ chức trong
và ngoài tỉnh vẫn luôn được tiến hành triển khai đến các xã, huyện trên địa
bàn toàn tỉnh. Dự án chương trình khí sinh học có mặt tại xã Na Mao, huyện
Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên đem lại những lợi ích to lớn cho người dân:
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường thông qua xử lý chất thải chăn nuôi.
- Mang lại nguồn năng lượng sạch thay thế các chất đốt truyền thống
như củi, rơm.rạ.
- Giải phóng sức lao động cho người phụ nữ, không phải mất nhiều
công sức cho chuyện bếp lúc vất vả.
- Góp phần giảm thải hiệu ứng nhà kính gây nên biến đổi khí hậu.
Với những lợi ích và giá trị của dự án thì việc nghiên cứu và tìm hiểu
tình hình sử dụng và quá trình hoạt động của hầm khí Biogas là rất quan trọng
để dự án được hoàn thiện và phát triển rộng khắp hơn.
2.2. Cơ sở khoa học của đề tài nghiên cứu
2.2.1. Một số khái niệm

- 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
như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản
xuất(Bộ NN & PTNT,2011)[3].
- 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 huỷ 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)[3].
- 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)[2]. Chất
thải đó là một lượng lớn chất thải hữu cơ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường
rất cao.
- Phân hủy yếm khí: là quá trình phân giải xảy ra trong điều kiện không
có không khí(Bộ NN & PTNT,Cục Nông nghiệp, 2005)[2].
- 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)[12].
- Phụ phẩm sinh học: là sản phẩm ở dạng đặc và lỏng của quá trình
phân giải cơ chất. Phụ phẩm bao gồm 3 phần là nước xả, bã cặn và váng.

Nước xả là chất lỏng xả ra khỏi bể phân giải.
Bã cặn là chất đặc lắng đọng ở dưới đáy bể phân giải.
Váng là chất đặc nổi lên bề mặt dịch phân giải trong bể phân giải.
2.2.2. Khí sinh học và sự phát triển bền vững
Công nghệ sản xuất khí sinh học góp phần lớn giảm thải, phát thải khí
nhà kính, là nguồn nguyên liệu sạch và cơ bản cho thế hệ hiện tại và tương
lai. Hiệu ứng nhà kính đang là một thách thức lớn của toàn nhân loại, nó gây
ra biến đổi khí hậu toàn cầu theo chiều hướng xấu đi và ngày càng diễn biến
phức tạp. Trong đó khí mêtan (CH
4
) là một khí gây hiệu ứng nhà kính lớn gấp
21 lần khí CO
2
. Do đó nếu các chất thải hữu cơ được phân hủy trong các công
trình khí sinh học thì mêtan sẽ được thu lại làm nhiên liệu góp phần trong việc
giải quyết vấn đề môi trường hiện nay. Khi đốt cháy 1 tấn mêtan tạo ra 2,75
tấn CO
2
. Như vậy tác dụng về hiệu ứng nhà kính giảm: 21/2,75 = 7,6 lần(
Nguyễn Quang Khải và cs, 2003)[ 7].
2.2.3. Đặc tính và khả năng sản sinh khí biogas
2.2.3.1. Đặc tính chung của nguyên liệu
Chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi là nguồn
nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh
học để tạo ra Biogas. Tùy theo từng loại gia súc,gia cầm ,điều kiện chăn nuôi
,đặc điểm của chuồng trại và đặc điểm của từng quốc gia mà khối lượng chất
thải phát sinh có sự khác nhau. Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp
Ấn Độ, Napal, Việt Nam… khối lượng phát sinh và thành phần tính chất của
các loại chất thải được ước tính như sau:
Bảng 2.1: Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật

STT

Loại động vật
Khối lượng chất thải
phát sinh
(kg/ngày/1 con)
Khối lượng chất thải
có khả năng thu gom

(kg/ngày/1 con)
1 Trâu, bò 10-15 5-8
2 Lợn 1,3 0,3
3 Cừu 0,75 0,25
4 Gia cầm ( gà, vịt) 0,75 0,75
5 Chất thải con người 0,06 0,06
Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternationnal
Publisher
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 hủy 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.
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. Các loại nguyên
liệu hữu cơ khác nhau sẽ có tính chất hóa sinh khác nhau và do đó, khả năng
tạo ra biogas của chúng cũng khác nhau. Hai hoặc nhiều loại nguyên liệu có
thể được sử dụng kết hợp để đảm bảo các yêu cầu cơ bản cho quá trình phân
hủy sinh học tạo khí.
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
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 cacbon, đặc biệt là dạng xenlulo,
một lượng nhỏ nito và khoáng chất. Thành phần protein trong phân cung cấp
môi trường đủ chất dinh dưỡng để các VSV phát triển.
2.2.3.2. Khả năng sản sinh khí biogas
Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbonhydrat,
xenlulo (trừ dầu khoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành
biogas (CH
4
, CO
2
). Ba thành phần chất hữu cơ nói trên, về lý thuyết, khi
chuyển hóa thành biogas sẽ có sự khác nhau về thành phần của CH
4
, CO
2

, cụ
thể được trình bày trong bảng
Bảng 2.4: Thành phần CH
4
, CO
2
trong biogas sinh ra từ các hợp chất hữu cơ
Nguyên liệu
Lít khí/ kg
nguyên liệu thô
CH
4
% CO
2
%
Protein
700 70 30
Chất béo
1200 87 33
Hydratcabon
800 50 50
Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternationnal
Publisher
Sản lượng khí sinh ra hàng ngày được ước tính như sau:
Bảng 2.5: Sản lượng khí hàng ngày
Loại chất thải
Sản lượng khí hằng ngày
( lít/ kg/ngày)
Chất thải của bò 15-32
Chất thải của trâu 15-32

Chất thải của lợn 40-60
Chất thải gia cầm 50-60
Chất thải của người 60-70
Bèo tây tươi 0,3-0,5
Rơm rạ khô 1,5-2,0
Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây
dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008.
2.2.4. Quá trình sản sinh khí sinh học
2.2.4.1. Các giai đoạn của quá trình phân hủy kị khí
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 khoảng trên 50%. Quá trình này được
gọi là quá trình lên men kị khí hoặc quá trình sản xuất khí mêtan sinh học.
Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt
trực tiếp trên nắp hầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào
(chất thải thô và nước). Bộ phận đầu ra bao gồm bể chứa và đường ống dẫn
chất thải (bùn sau khi lên men) để sử dụng làm phân bón sinh học.
Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật
sẽ được các VSV kị khí, nấm và VK chuyển hóa thành các hợp chất dinh
dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn. 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:
- 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.
2.2.5 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 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].
2.2.6 Các yếu tố lý h óa 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:
2.2.6.1 pH
Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH ≥ 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:
HCO
3
-
+ CH
3
COOH ↔ H
2
O + CO
2
+ CH
3
COO
-

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 bảo 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.
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.
2.2.6.2 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 hòa 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 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.
2.2.6.3 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 (m
3
)
T (ngày) =
Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m
3
/ ngày)
Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho VK có tốc độ phát triển
chậm nhất có thể tái sinh. Thời gian lưu nhỏ nhất là khoảng thời gian mà chất
rắn trong hầm đảm bảo được tính ổn định tốt. Nếu thời gian lưu chỉ còn một

nửa so với yêu cầu, lượng khí biogas sinh ra sẽ giảm và quá trình phân hủy
khi đó sẽ ngưng trệ. 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, 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.
Thời gian phân hủy của các chất thải hữu cơ phụ thuộc rất nhiều vào
nhiệt độ. Ở giai đoạn ban đầu, lượng khí gas sinh ra tăng rất nhanh và sau một
khoảng thời gian lưu, nó tiến tiệm cận đến giá trị nhỏ nhất. 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.
2.2.6.4 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 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.
2.2.6.5 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 . 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.
2.2.6.6 Thành phần gây độc
Nồng độ của ammoniac, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt …. 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 2.6
Bảng 2.6 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại
Thành phần mg/l
Sunfate SO
4
2
-
5.000
NaCl 40.000

Cu 100
Cr 200
Ni 200-500
Cianua (CN) < 25
Hợp chất 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

2.2.7. Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam
2.2.7.1 Hầm xây KT1
Kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nướ
c
ngầm thấp, có thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp.











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

2.2.7.2 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
2.2.7.3 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
làm túi. Nhược điểm của loại túi này là rất dễ hư hỏng do sự phá hủy của
chuột, gia súc, gia cầm.