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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
o0o

CHU THỊ HƯƠNG LY

Tên 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 XÃ HOÀNG LÂU,
HUYỆN TAM DƯƠNG, TỈNH VĨNH PHÚC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC


Hệ đào tạo : Liên thông
Chuyên ngành : Khoa học Môi trường
Khoa : Môi trường
Khóa học : 2013 – 2015


Thái Nguyên, năm 2014


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.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2014
Sinh Viên


Chu Thị Hương Ly




DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thành phần của khí sinh học 12

Bảng 2.2. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam hàng năm 20

Bảng 2.3. Số lượng đàn gia súc ở Việt Nam các năm 21

Bảng 2.4. Lượng chất thải hàng ngày của động vật theo% khối lượng cơ thể 22

Bảng 2.5. Lượng phân thải ra ở gia súc, gia cầm hàng ngày 23

Bảng 2.6. Thành phần hoá học của phân lợn từ 70 – 100 kg 24

Bảng 2.7. Tổng lượng nước thải chăn nuôi gia súc giai đoạn 2009 – 2011 25

Bảng 4.1. Tăng trưởng kinh tế giai đoạn 2001– 2010 34

Bảng 4.2. Chuyển dịch cơ cấu kinh tế xã Hoàng Lâu giai đoạn 2005-2010 34

Bảng 4.3. Giá trị sản xuất của ngành chăn nuôi (2011 – 2013) 35

Bảng 4.4. Quy mô chăn nuôi xã Hoàng Lâu qua các năm 37

Bảng 4.5. Hiệu quả xử lý chất thải (tươi) chăn nuôi của các hộ điều tra 38

Bảng 4.6. Tổng lượng phân gia súc, gia cầm thải ra ở xã qua các năm 40

Bảng 4.7. Đặc điểm của nước thải chăn nuôi gia súc của các cơ sở chăn nuôi trên
địa bàn xã 41

Bảng 4.8. Chất lượng môi trường không khí khu vực chăn nuôi 43

Bảng 4.9. Vị trí các điểm lấy mẫu nước mặt 44

Bảng 4.10. Kết quả phân tích chất lượng nguồn nước mặt 44

Bảng 4.11. Số lượng hầm biogas được hỗ trợ xây dựng xã Hoàng Lâu 46

giai đoạn 2006 – 2010 46

Bảng 4.12. Một số ý kiến của hộ về sử dụng hầm biogas 48

Bảng 4.13. Vị trí các điểm lấy mẫu nước thải 56

Bảng 4.14. Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải trước và sau hầm biogas 57



DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Cấu tạo hầm biogas 14

Hình 2.2. Sơ đồ các bước của quá trình tạo khí metan 15

Hình 2.3. Mười nước có sản lượng lợn lớn nhất thế giới năm 2009 (con) 19

Hình 4.1. Tình hình phát triển số lượng hầm biogas được hỗ trợ của các dự án qua
các năm ở xã Hoàng Lâu 46

Hình 4.2. Sản lượng khí của các hộ điều tra 41
Hình 4.3. Các thiết bị sử dụng khí biogas hay hỏng 50

Hình 4.4. Lợi thế của việc xây dựng hầm biogas 50

Hình 4.5. Cơ cấu khoản tiền tiết kiệm được của các hộ sử dụng hầm biogas 52

Hình 4.6. Hàm lượng TSS trước và sau hầm biogas 58

Hình 4.7. Hàm lượng BOD5 trước và sau hầm biogas 59

Hình 4.8. Hàm lượng COD trước và sau hầm biogas 59

Hình 4.9. Hàm lượng tổng N trước và sau hầm biogas 60

Hình 4.10. Hàm lượng tổng P trước và sau hầm biogas 60

Hình 4.11. Tổng số coliform của nước thải trước và sau hầm biogas 61

Hình 4.12. Đánh giá của người dân về mùi gas khi sử dụng hầm biogas 63

Hình 4.13. Khó khăn khi xây dựng hầm biogas 68



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




MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 9

1.1. Tính cấp thiết của đề tài 9

1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài 10

1.2.1. Mục đích 10

1.2.2. Yêu cầu 11

1.3. Ý nghĩa của đề tài 11

1.3.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 11

1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 11

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 12

2.1. Cơ sở khoa học của đề tài 12

2.1.1. Khái niệm và thành phần biogas sinh học 12

2.1.1.1 Khái niệm 12

2.1.1.2 Thành phần 12

2.1.2. Tính chất của khí sinh học 13

2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biogas sinh học 14

2.1.4. Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học 16

2.2. Cơ sở pháp lý của đề tài 17

2.3. Tình hình chăn nuôi và sử dụng công nghệ biogas trên thế giới và Việt Nam18

2.3.1. Tình hình chăn nuôi trên thế giới và ở Việt Nam 18

2.3.1.1 Tình hình chăn nuôi 18

2.3.1.2. Tình hình phế thải của ngành chăn nuôi ở Việt Nam 21

2.3.2. Lịch sử phát triển của công nghệ biogas 26

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG,NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 29

3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29

3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 29

3.3. Nội dung nghiên cứu 29

3.4. Phương pháp nghiên cứu 30

PHẦN 4: KẾT QUẢ ĐẠT NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 31

4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội xã Hoàng Lâu 31

4.1.1.Điều kiện tự nhiên 31

4.1.1.1. Vị trí địa lý 31

4.1.1.2. Địa hình, địa mạo 31

4.1.1.3. Khí hậu 31

4.1.1.4. Thủy văn 32

4.1.2. Các nguồn tài nguyên 32

4.1.2.1. Tài nguyên đất 32

4.1.2.2. Tài nguyên nước 32

4.1.2.3. Tài nguyên khoáng sản 33

4.1.3. Điều kiện kinh tế – xã hội 33

4.2. Tình hình phát triển chăn nuôi và thực trạng môi trường khu vực chăn nuôi xã
Hoàng Lâu. 35

4.2.1 Tình hình phát triển chăn nuôi trên địa bàn xã 35

4.2.2. Công tác quản lý chất thải chăn nuôi ở nông hộ và áp lực của chất thải chăn
nuôi đến môi trường 37

4.2.2.1. Công tác quản lý chất thải chăn nuôi ở nông hộ 37

4.2.2.2. Áp lực của chất thải chăn nuôi ở xã Hoàng Lâu đến môi trường 39

4.2.3.Thực trạng môi trường khu vực chăn nuôi 42

4.2.3.1. Môi trường không khí 42

4.2.3.2. Môi trường nước 43

4.3. Tình hình phát triển, vận hành và hiệu quả của hầm biogas ở nông hộ. 45

4.3.1. Tình hình phát triển mô hình hầm biogas trên địa bàn xã 45

4.3.2.Công tác vận hành hầm biogas ở nông hộ 47

4.3.3. Đánh giá hiệu quả của mô hình hầm biogas 50

4.3.3.1. Hiệu quả kinh tế 50

4.3.3.2. Hiệu quả xã hội 53

4.3.3.3. Đánh giá hiệu quả môi trường của việc xây dựng hầm biogas 55

4.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc phát triển mô hình hầm biogas trên địa bàn
xã 66

4.3.4.1. Các thuận lợi của các hộ khi sử dụng hầm Biogas 66

4.3.4.2. Khó khăn khi áp dụng hầm khí biogas 67

4.4 Giải pháp bảo vệ môi trường trong chăn nuôi trên địa bàn xã Hoàng Lâu 71

4.4.1. Giải pháp chung 71

4.4.2. Giải pháp cụ thể 72

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

5.1. Kết luận 75

5.2. Kiến nghị 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 80

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.
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 xã 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.
- 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.

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Cơ sở khoa học của đề tài
2.1.1. Khái niệm và thành phần biogas sinh học
2.1.1.1 Khái niệm
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) [9].
Khí sinh học là một loại khí hữu cơ gồm chủ yếu là khí metal (CH4),
một số H
2
S, khí carbon dioxide (CO
2
) và hơi nước, được tạo ra sau quá trình ủ
lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo
thành sản phẩm ở dạng khí. Khí sinh học là nguồn năng lượng tái tạo sạch, dễ
dàng kiểm soát từ chất thải hữu cơ, có thể thay thế củi đun và nhiên liệu hóa
thạch như khí gas tự nhiên trong nhiều trường hợp (Nguyễn Quang Khải,
2009) [9].
2.1.1.2 Thành phần
Thành phần khí sinh học 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 khí sinh học gồm rất nhiều chất, có thành phần chủ yếu là CH
4
và CO
2

(Cục chăn nuôi, 2011) [4].

Bảng 2.1. 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
(Nguồn: Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình)
Khí metan (CH
4
): 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 [17].
Khí cacbonic: 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
lệ cao sẽ làm giảm chất lượng của KSH [17].
Khí hidro sunfua: Không màu, có mùi trứng thối, do đó khiến cho KSH
có mùi hôi, giúp chúng ta dễ nhận biết KSH bằng khứu giác. Nồng độ H
2

S
trong KSH sản xuất từ chất thải người và gia cầm thường cao hơn các nguyên
liệu khác. Tuy nhiên, H
2
S có thể cháy được do đó khi đốt sẽ hết mùi hôi [17].
2.1.2. Tính chất của khí sinh học
KSH là một khí ướt vì nó chứa hơi nước bão hoà bay hơi từ dung dịch
phân giải. Hơi nước sẽ ngưng tụ trong đường ống và cần được loại bỏ. Vì
thành phần của KSH thay đổi, nên các tính chất của nó cũng thay đổi, người
ta thường lấy tỉ lệ phổ biến của khí metan là 60%. KSH với 60% metan, 40%
cacbonic có khối lượng riêng là 1,2196 kg/m
3
và tỷ trọng so với không khí là
0,94. Như vậy KSH nhẹ hơn không khí, nhiệt trị của KSH chủ yếu được xác
định bằng hàm lượng metan trong thành phần của nó. Với hàm lượng metan
60% thì KSH có nhiệt trị là 5.146 Kcal/m
3
(Nguyễn Quang Khải, 2009) [9].
2.1.3. Cu to v nguyờn lý hot ng ca biogas sinh hc
* Cu to

Hỡnh 2.1: Cu to hm biogas
Hin nay, cú rt nhiu kiu xõy dng hm biogas khỏc nhau: hm chung
vi bỡnh gas, hm cú bỡnh gas ni, hm cú bỡnh gas ri, loi xõy bng gch, loi s
dng bng nha, nhng cu to chung ca hm cú ba phn chớnh (Nguyn
Quang Khi, 2009) [9]:
- H thng np nguyờn liu dn cht thi t chung tri chn nuụi
n hm khớ. Tu thuc vo tng mụ hỡnh biogas m h thng np cú th
thng qua mỏng dn hoc dn trc tip.
- Hm phõn hu l b phn chớnh ca hm, ni cha hn hp vt cht v

nc. Ti õy xy ra hai giai on ca quỏ trỡnh lờn men, sn phm to thnh l
khớ biogas.
- B thu lc (b ỏp) l mt b phn cha nguyờn liu ó phõn hu ri
x ra ngoi, ng thi úng vai trũ iu ỏp
(
Nguyn

Th Hoa Lý, 2005) [10].
* Nguyờn lý hot ng
Khi mt lng sinh khi c lu gi trong mụi trng kớn vi ngy s
chuyn húa v sn sinh ra cỏc cht khớ (khớ sinh hc) cú kh nng chỏy c
Mặt đất

Hố thu phân

Bể áp lực
Chẹn đá
ống vào

Cửa thăm

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
(Nguyễn Quang Khải, 2009) [9].
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) [9]. 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
* Giai đoạn tạo axit (thủy phân):
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.
* Giai đoạn khử axit
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.

Protein
Cacbonhydrat
Chất béo

Axit acetic
Axit
HC yếu
Rượu
Axit acetic
Biogas
CH
4

và CO
2

1 2 3
* Giai đoạn tạo CH
4

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.
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) [19].
- 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 ( Lê
Thoa, 2010) [19].
2.2. Cơ sở pháp lý của đề tài
Luật bảo vệ môi trường 2005
QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải
công nghiệp
QCVN 05:2009/BTNMT – Quy chuẩn về chất lượng không khí xung quanh.
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 trên thế giới và ở Việt Nam
2.3.1.1 Tình hình chăn nuôi
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
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 [19].
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 Tuyến, 2010) [18].

Hình 2.3. Mười nước có sản lượng lợn lớn nhất thế giới năm 2009 (con)
Nguồn: Báo cáo đánh giá kết quả chăn nuôi năm 2010, định hướng năm
2011 và các năm tiếp theo (Bộ NN&PTNT, 2010)
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
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 ( Đỗ Kim Tuyến, 2010)[18].
Bảng 2.2
.
Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp Việt Nam hàng năm
ĐVT: %/năm
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

(Nguồn: Tổng cục Thống kê, Viện kinh tế nông nghiệp Việt Nam -2009)
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) [1].
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 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) [1].
Bảng 2.3. Số lượng đàn gia súc ở Việt Nam các năm
Năm
Trâu
(nghìn con)

Bò
(nghìn con)

Ngựa
(nghìn con)

Dê, cừu

(nghìn con)

Lợn
(nghìn con)

Gia cầm
(triệu con)

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
(Nguồn: Tổng cục Thống kê, Niên giám thống kê 2007 – 2011)
2.3.1.2. Tình hình phế thải của ngành chăn nuôi ở Việt Nam
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
Lệ Hằng, 2011) [5].
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, 2011) [5].
Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm: chất thải rắn, chất thải lỏng,
tiếng ồn và khí thải (Đào Lệ Hằng, 2011) [5].
a, Chất thải rắn
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) [2].
* Lượng phân:
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
(kg/ngày)
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
(Nguồn: Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình)
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 (Đào Lệ Hằng, 2011)[5].
Bảng 2.5. Lượng phân thải ra ở gia súc, gia cầm hàng ngày
Loại gia súc, gia cầm
Phân tươi
(kg/ngày)
Tổng chất rắn
(% tươi)
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
(Nguồn: Giáo trình quản lý chất thải chăn nuôi, ĐHNN)
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
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
(Nguồn: Giáo trình quản lý chất thải chăn nuôi, ĐHNN)
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 Enterobacteriacea chiếm đa số với các giống điển
hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella. Trong 1 kg
phân có chứa 2.000 – 5.000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại: Ascaris
suum, Oesophagostomum, Trichocephalus

(Nguyễn Thị Hoa Lý, 2005) [10].
b) Nước thải
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 Thoa và cs,2005) [6]. 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) [2].
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
ĐVT: Triệu tấn
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
(Nguồn: Tạp chí 01/2013, Xúc tiến thương mại, Bộ NN&PTNT)
c) Khí thải và tiếng ồn
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) [2].
Tiếng ồn trong chăn nuôi thường gây nên bởi hoạt động của gia súc, gia