Đánh giá hiện trạng sử dụng và tiềm năng phát triển hệ thống biogas ở nông hộ tại hai tỉnh bắc giang và hải dương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI



NGUYỄN THỊ XUYÊN




ðÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG VÀ TIỀM NĂNG
PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG BIOGAS Ở NÔNG HỘ
TẠI HAI TỈNH BẮC GIANG VÀ HẢI DƯƠNG



LUẬN VĂN THẠC SĨ



CHUYÊN NGÀNH : CHĂN NUÔI
MÃ SỐ : 60 62 01 05




NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. VŨ ðÌNH TÔN

HÀ NỘI - 2013
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong Luận văn này là
trung thực và chưa hề ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã
ñược cảm ơn và tất cả những trích dẫn trong luận văn này ñều ñã ñược chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 10 tháng 09 năm 2013

Người cam ñoan






Nguyễn Thị Xuyên

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
ii

LỜI CẢM ƠN
Trước hết với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi
lời cảm ơn ñến PGS.TS. Vũ ðình Tôn – Khoa Chăn nuôi và Nuôi trồng thuỷ
sản, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - người trực tiếp hướng dẫn và
giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa Chăn nuôi và
Nuôi trồng thuỷ sản, Ban Quản lý ñào tạo Trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội, cán bộ nghiên cứu của Trung tâm NCLNPTNT Trường ðại học Nông
nghiệp Hà Nội ñã trực tiếp giảng dạy và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới UBND các xã Phượng Hoàng,
Cẩm Vũ – huyện Cẩm Giàng - Hải Dương, UBND các xã Quang Tiến, ðại
Hóa – huyện Tân Yên - Bắc Giang, UBND huyện, Phòng Thống kê huyện
Cẩm Giàng - Hải Dương, huyện Tân Yên – Bắc Giang ñã tạo ñiều kiện thuận
lợi và giúp ñỡ tôi nơi tôi tiến hành nghiên cứu ñã cung cấp số liệu thực tế và
thông tin cần thiết ñể tôi hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn ñồng nghiệp, bạn bè, cùng
toàn thể gia ñình, người thân ñã ñộng viên tôi trong thời gian tôi thực hiện
ñề tài này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 09 năm 2013
Tác giả





Nguyễn Thị Xuyên
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ðOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG vii

DANH MỤC HÌNH viii

PHẦN I. MỞ ðẦU 1

1.1. Tính cấp thiết của ñề tài 1

1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 2

1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2

PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1. Chất thải chăn nuôi 4

2.1.1. Khái niệm và vai trò của chất thải chăn nuôi 4

2.1.2. Phân loại chất thải chăn nuôi 4

2.2. Biogas 7

2.2.1. Khái niệm và vai trò của biogas 7

2.2.2. Tác dụng của xử lý chất thải trong chăn nuôi lợn bằng kỹ
thuật biogas 8

2.2.3. Cấu tạo chung và phân loại hầm biogas 13

2.2.4. Một số loại hầm biogas 14

2.2.5. Nguyên lý hoạt ñộng của hầm biogas 24

2.2.6. Một số yếu tố chính ảnh hưởng ñến sự hoạt ñộng của hầm
biogas 25

2.3. Tình hình nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống

biogas ở Việt Nam và trên thế giới 27

2.3.1. Tình hình phát triển khí sinh học ở Việt Nam 27

2.3.2. Tình hình phát triển biogas trên thế giới 30

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
iv

PHẦN III. ðỐI TƯỢNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

3.1. ðối tượng, thời gian và ñịa ñiểm nghiên cứu 33

3.2. Nội dung nghiên cứu 33

3.3. Các chỉ tiêu nghiên cứu 33

3.3.1. Những chỉ tiêu về ñặc ñiểm của các hộ ñiều tra 33

3.3.2. Những chỉ tiêu về thực trạng phát triển hệ thống biogas 34

3.3.3. Những chỉ tiêu về các yếu tố xã hội ảnh hưởng tới sự phát
triển biogas 34

3.4. Phương pháp nghiên cứu 34

3.4.1. Phương pháp thu thập số liệu 34

3.4.2. Phương pháp xử lý số liệu 35

PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1. Thông tin chung về ñịa bàn nghiên cứu 36

4.1.1. Các thông tin về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của 2 vùng
nghiên cứu 36

4.1.2. Tình hình chăn nuôi của 2 vùng nghiên cứu 38

4.2.Kết quả về nguồn lực gia ñình tới sự phát triển biogas 42

4.2.1. Quan hệ giữa ñộ tuổi tới sự phát triển biogas 42

4.2.2. Quan hệ giữa diện tích sử dụng ñất với sự phát triển biogas 43

4.2.3. Hệ thống sản xuất và sự phát triển biogas 44

4.2.4. Hoạt ñộng sản xuất và quy mô chăn nuôi ảnh hưởng ñến sự
phảt triển hệ thống biogas 46

4.3. Hiện trạng sử dụng chất chất thải chăn nuôi tại vùng nghiên cứu 49

4.4. Tình hình phát triển biogas ở ñịa bàn nghiên cứu 53

4.4.1. Các loại hầm biogas ñược sử dụng trong nông hộ 53

4.4.2. Mục ñích và hiệu quả từ biogas ñem lại 55

4.4.3. Mức ñộ thoả mãn nhu cầu sử dụng biogas trong nông hộ 57

4.4.4. Hiệu quả của biogas 58

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
v

4.5. Một số yếu tố ảnh hưởng ñến sự phát triển của hệ thống biogas 59

4.5.1. Yếu tố kỹ thuật 59

4.5.2. Yếu tố kinh tế 61

4.5.3. Yếu tố xã hội 63

PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ðỂ NGHỊ 68

5.1. Kết luận 68

5.2. ðề nghị 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤ LỤC 73




Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CNKSH Công nghệ khí sinh học

FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
HDPE High density polietylene
KSH Khí sinh học
NN&PTNT

Nông nghiệp và phát triển nông thôn
PE Polyetylen
SNV Dự án Tổ chức phát triển Hà Lan
VCK Vật chất khô
VSV Vi sinh vật

Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vii

DANH MỤC BẢNG

STT Nội dung Trang
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày ở ñộng vật 5

Bảng 2.2. Sản lượng khí của một số chất thải (lít/kg/ngày) 9

Bảng 2.3. Các loại vi khuẩn có trong phân 10

Bảng 3.1. Số lượng mẫu nghiên cứu 35

Bảng 4.1. Một số thông tin chung về 2 vùng nghiên cứu 38

Bảng 4.2. Tình hình chăn nuôi của vùng nghiên cứu 39

Bảng 4.3. Số lượng trang trại chăn nuôi ở vùng nghiên cứu 41

Bảng 4.4. Quan hệ giữa ñộ tuổi tới sự phát triển biogas 42

Bảng 4.5. Quan hệ giữa diện tích sử dụng ñất với sự phát triển biogas 43

Bảng 4.6. Hệ thống sản xuất vàsự phát triển biogas 45

Bảng 4.7. Hoạt ñộng sản xuất chăn nuôi của các hộ tham gia ñiều tra 46

Bảng 4.8. Mối quan hệ giữa quy mô chăn nuôi lợn với sự phát triển
biogas 48

Bảng 4.9. Hiện trạng sử dụng chất thải trong chăn nuôi lợncủa các hộ
không có biogas 49

Bảng 4.11. Các hộ không có bể biogas ñánh giá về mức ñộ ô nhiễm 52

Bảng 4.12. Cơ cấu và thể tích các loại hầm biogas hiện ñang sử dụng 53

Bảng 4.13. Mục ñích sử dụng gas của các hộ 56

Bảng 4.14. Mức ñộ thoả mãn nhu cầu sử dụng biogas của các hộ 57

Bảng 4.15. Các chỉ tiêu kỹ thuật liên quan ñến chất lượng hầm biogas 59

Bảng 4.16. Những trục trặc kỹ thuật trong quá trình sử dụng biogas 60

Bảng 4.17. Chi phí và nguồn vốn cho xây dựng hệ thống biogas 62

Bảng 4.18. Một số yếu tố xã hội ảnh hưởng ñến sự phát triển hệ thống biogas 63

Bảng 4.19. Các ñiều kiện ñể các hộ chưa có biogas sẽ ñồng ý xây biogas 64


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
viii

DANH MỤC HÌNH
STT Nội dung Trang
Hình 2.1. Vòng ñời sán lá gan trâu bò 12

Hình 2.2. Cấu tạo chung của hầm biogas 13

Hình 3.1. Hầm biogas nắp cố ñịnh hình hộp 16

Hình 3.2. Kiểu hầm biogas của ðồng Nai và kiểu RDAC 17

Hình 3.3. Kiểu hầm biogas của ðại học Cần Thơ 18

Hình 3.4. Kiểu hầm NL - 6 của Viện Năng Lượng 19

Hình 3.5. Kiểu hầm KT1 và KT2 20


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
1

PHẦN I. MỞ ðẦU

1.1. Tính cấp thiết của ñề tài

Việt Nam là quốc gia có diện tích 330.957,6 km
2
với số dân trên 87 triệu
người (Theo Tổng Cục thống kê (2011), nên chịu nhiều áp lực về ñất ñai. Tốc
ñộ tăng dân số và quá trình ñô thị hóa trong những năm gần ñây ñã làm giảm
diện tích ñất nông nghiệp. ðể ñảm bảo an toàn về lương thực và thực phẩm,
biện pháp duy nhất là thâm canh chăn nuôi trong ñó chăn nuôi lợn là một
phần quan trọng trong ñịnh hướng phát triển.
Ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc ñộ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự
phát và chưa ñáp ứng ñược các tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật
chăn nuôi. Do ñó người chăn nuôi chưa kiểm soát ñược lượng chất thải chăn
nuôi thải ra hàng ngày. Không những chăn nuôi nhỏ lẻ gây ô nhiễm môi
trường mà chăn nuôi tập chung, quy mô cao cũng gây ô nhiễm môi trường
trầm trọng. Trong một số năm gần ñây, chăn nuôi công nghiệp theo quy mô
trang trại ngày càng tăng. Lượng chất thải tạo ra ngày càng lớn vì vậy mà
người chăn nuôi rất khó quản lý và xử lý tốt chất thải chăn nuôi.
Ô nhiễm môi trường không những ảnh hưởng ñến sức khỏe vật nuôi,
năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn ñến sức khỏe con người và môi
trường sống xung quanh. Chất thải chăn nuôi tác ñộng ñến môi trường và sức
khỏe con người trên nhiều khía cạnh: gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước
ngầm, môi trường khí, môi trường ñất và các sản phẩm nông nghiệp. Ngoài
ra, ñây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hoá, do
trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật (VSV) gây bệnh, trứng giun sán
Theo Trung tâm khí tượng thuỷ văn quốc gia (2013), mỗi năm ngành
chăn nuôi gia súc,

gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn chất thải, với
phương thức sử dụng phân và nước thải không qua xử lý mà xả trực tiếp ra
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
2

môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy ñể ñảm bảo môi trường, sức
khoẻ của con người và giúp cho ngành chăn nuôi phát triển bền vững thì việc
quản lý hay xử lý chất thải chăn nuôi là nhiệm vụ cấp bách không chỉ của
người chăn nuôi mà còn là nhiệm vụ của toàn xã hội
Có rất nhiều biện pháp xử lý chất thải trong chăn nuôi như phương pháp ủ
phân, phương pháp dùng bể lắng (3 ao), dùng chế phẩm sinh học, trồng cây
thuỷ sinh, ñệm lót sinh thái, sử dụng hệ thống biogas…Một trong những biện
pháp ñang ñược sử dụng rộng rãi và cho hiệu quả cao ñó là xử lý chất thải bằng
hệ thống biogas. ðây là phương pháp có nhiều ưu ñiểm như giảm chi phí lao
ñộng, tiếp kiệm diện tích ñất tối ña, giảm mầm bệnh và vật trung gian truyền
bệnh, tiếp kiệm nguồn nhiên liệu, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên sự
phát triển của hệ thống biogas vẫn chưa thực sự mạnh mẽ. ðể tìm hiểu nguyên
nhân này chúng tôi tiến hành ñề tài: “ðánh giá hiện trạng sử dụng và tiềm
năng phát triển biogas ở nông hộ tại hai tỉnh Bắc Giang và Hải Dương”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài
- ðánh giá hiện trạng sử dụng hệ thống biogas ở các nông hộ chăn nuôi ở
tỉnh Bắc Giang và Hải Dương.

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của hệ thống biogas
ñể xác ñịnh tiềm năng phát triển hệ thống này ở các nông hộ chăn nuôi tại Bắc
Giang và Hải Dương.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
* Ý nghĩa khoa học
Chăn nuôi lợn trong những năm gần ñây ngày càng phát triển, lượng
chất thải tạo ra càng nhiều và nguy cơ ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Vì
vậy, việc ñánh giá hiện trạng sử dụng hệ thống biogas và ảnh hưởng của các
yếu tố tới sự hoạt ñộng, phát triển của hệ thống biogas là vô cùng quan trọng.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
3

Từ ñó giúp cho các nhà chuyên môn ñề ra những ñịnh hướng ñúng ñắn trong
công tác phát triển hệ thống biogas ñể xử lý chất thải chăn nuôi ñặc biệt là
chất thải trong chăn nuôi lợn, giảm ô nhiễm môi trường.
*Ý nghĩa thực tiễn
Giúp cho các hộ chăn nuôi có thêm thông tin về xử lý chất thải chăn
nuôi bằng biogas, các yếu tố ảnh hưởng ñến hoạt ñộng của hệ thống biogas.
Góp phần ñịnh hướng cho các cơ quan chức năng ñưa ra các chính
sách ñúng ñắn ñể có thể phát triển hệ thống biogas trong các trang trại, các
nông hộ và các cơ sở chăn nuôi.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
4

PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Chất thải chăn nuôi
2.1.1. Khái niệm và vai trò của chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi là sản phẩm phụ gồm: Phân, nước tiểu, thức ăn
thừa, xác gia súc, khí thải Thông thường chất thải này ñược sử dụng một
cách hợp lý sẽ có hiệu quả cao cho trồng trọt, nhưng với quy mô trang trại
ngày càng tăng lên, lượng chất thải vượt quá mức thì ñây là nguy cơ gây ra ô
nhiễm môi trường.
Chất thải chăn nuôi có thể chứa một số vi khuẩn, virus, khi sử dụng
trực tiếp phân làm phân bón sẽ có một nguy cơ tiềm năng lây bệnh sang
người. Tuy nhiên nó cũng có nhiều chất hữu cơ và vi chất cần thiết cho cây
trồng và một số ñộng vật khác. Nó là nguồn dinh dưỡng quan trọng cho
trồng trọt, nuôi trồng thuỷ sản (nuôi tôm, cá) hoặc nuôi giun quế… Ngoài ra,
trong quá trình phân huỷ yếm khí nó còn tạo ra khí sinh học có ý nghĩa quan

trọng trong ñời sống
2.1.2. Phân loại chất thải chăn nuôi
Chất thải trong chăn nuôi ñược chia thành 3 nhóm như sau:
a. Chất thải rắn
Chất thải rắn là hỗn hợp chất hữu cơ, vô cơ, VSV, trứng ký sinh trùng có thể
gây bệnh cho người và gia súc. Chất thải rắn gồm phân thức ăn thừa của vật
nuôi, vật liệu lót chuồng, xác súc vật chết… Ngoài ra tại lò mổ gia súc một
lượng lớn chất thải rắn ñược thải ra mà ít ñược quan tâm xử lý (gồm chất
chứa trong ñường tiêu hoá, phủ tạng không sử dụng, lông ñộng vật). ðây là
nguồn chất thải mang nhiều nguy cơ lây lan bệnh dịch và mất an toàn vệ sinh
thực phẩm. Lượng chất thải tuỳ thuộc vào loại vật nuôi, loại thức ăn, khối
lượng, khẩu phần ăn của các loài gia súc, gia cầm.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
5

Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày ở ñộng vật
Loại gia súc, gia cầm Lượng chất thải (kg/ngày)
Trâu 18 - 25
Bò 15 - 20
Lợn 1,20 – 4
Gia cầm 0,02 – 0,05
Nguồn: Hoàng Kim Giao, (2010),
Kết quả bảng 2.1 cho thấy trâu bò là loại ñộng vật thải ra lượng chất thải
chăn nuôi rất lớn (15-20kg/ngày) nhưng trâu bò không phải là loại ñộng vật
gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng bởi ñó là ñộng vật tiêu hóa xơ và mật
ñộ trâu bò không lớn. Loại vật nuôi gây ra ô nhiễm môi trường chủ yếu là lợn
(lợn thải 1,2 - 4 kg/ngày).
Trong phân của vật nuôi có chứa các dưỡng chất quan trọng ñối với cây
trồng như N, P, Ca, K, Mg, Cu, Zn… Chúng tồn tại ở dạng muối hoà tan giúp
cây trồng dễ hấp thu. Tuy nhiên phân của vật nuôi có chứa một số loại vi sinh

vật gây nên một số bệnh như: thương hàn, phó thương hàn, lỵ, tả, tiêu chảy,
hay gây bệnh ký sinh trùng như cầu trùng, giun ñũa, sán lá do ký sinh trùng
gây nên. Theo Bùi Hữu ðoàn và cộng sự (2012), chất thải rắn là nơi cư trú
cho VSV có hại và mầm bệnh, hàng trăm bệnh lây lan giữa vật nuôi với nhau
và lan truyền từ vật nuôi sang người. Vì vậy việc xử lý chất thải nói chung và
chất thải rắn nói riêng lại càng quan trọng trong ñiều kiện chăn nuôi chật hẹp
nhất là khi khu vực chăn nuôi nằm trong hay gần khu dân cư.
b. Chất thải lỏng
Chất thải lỏng bao gồm nước phân, nước tiểu, nước rửa chuồng trại,
thuốc thú y lỏng, hóa chất lỏng, dung dịch xử lý chuồng trại, nước dùng trong
hoạt ñộng giết mổ.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
6

Phần lớn chất thải lỏng là nước tiểu của gia súc có hòa lẫn các chất hòa
tan của phân với một phần nước có nguồn gốc từ nước uống, nước tắm, nước
rửa chuồng gia súc. Tại lò mổ một lượng lớn nước ñược sử dụng cho hoạt
ñộng giết mổ và ñược thải vào môi trường cùng với các chất thải rắn mà
không ñược tách riêng ñể xử lý.

Thành phần nước thải từ các trang trại chăn nuôi gia súc gồm chất hữu
cơ chủ yếu là cellulose, protein, acid béo, carbohydrate hầu hết ñều là những
chất dễ phân hủy, VSV, E.coli, Salmonella, giun sán và chất vô cơ gồm cát,
ñất, muối Thành phần chất thải lỏng từ chăn nuôi ảnh hưởng bởi nhiều yếu
tố như: quy mô chăn nuôi, phương pháp vệ sinh, kiểu chuồng
Nếu nước thải chăn nuôi không ñược xử lý thì gây ra ô nhiễm môi
trường nghiêm trọng. Chúng làm ô nhiễm bề mặt nước, ô nhiễm tầng nước
ngầm và làm ô nhiễm ñất. Trong quá trình sử dụng ñất, nước bị ô nhiễm ñể
phục vụ cho sản xuất nông nghiệp thì sản phẩm nông nghiệp ñó cũng có nguy
cơ ô nhiễm cao do VSV có trong nước, các hợp chất nguy hại (như kim loại

nặng) tồn ñọng trong ñất với hàm lượng cao mà cây trồng không sử dụng
hết Tầng nước mặt bị ô nhiễm, các ñộng vật thuỷ sinh không thể sống trong
ñó, vì vậy sự ña dạng sinh vật không còn nữa. Quá trình bốc hơi nước mang
theo các khí ñộc hại ñây cũng là nơi tạo ra mùi khó chịu.
c. Chất thải khí
Chất thải khí bao gồm một số chất sau: NH
3
, H
2
S, CH
4
, CO
2
, CO,
Indol, Scatol Chất thải khí chủ yếu ñược hình thành từ quá trình phân giải
các hợp chất hữu cơ trong chất thải và một phần ñược sinh ra trong quá trình
tiêu hoá của ñộng vật nhất là ñộng vật nhai lại. Chất thải khí ñược tạo thành
và nhanh chóng phát tán trong môi trường và có tác ñộng rất lớn ñến sức khoẻ
của người và vật nuôi. Ví dụ khí NH
3
gây tổn thương niêm mạc ñường hô
hấp, niêm mạc phổi, kích thích thị giác, giảm thị lực. Khí CH
4
, CO
2
, CO với
nồng ñộ cao làm giảm quá trình tiếp nhận oxy gây nên hiện tượng ngạt thở.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
7

Khí H
2
S có mùi trứng thối khi tiếp xúc với một lượng nhỏ cũng có thể dẫn
ñến tử vong (ở nồng ñộ 150ppm). Theo Bruce,1981 dẫn theo Bùi Hữu ðoàn
và cộng sự, (2012). Khí CH
4
ngoài việc gây ảnh hưởng ñến sức khoẻ người và
vật nuôi thì còn tác ñộng lớn ñến môi trường ñó là gây hiệu ứng nhà kính.

2.2. Biogas

2.2.1. Khái niệm và vai trò của biogas
a. Khái niệm
Biogas (còn gọi là khí sinh học) là hỗn hợp khí methane (CH
4
) và một
số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ trong môi trường kỵ
khí. Khí gas sinh ra gồm thành phần chính là methane, carbon dioxide và một
lượng nhỏ khí H
2
S. Theo Cục Chăn nuôi (2011), thành phần khí gas sinh ra
gồm 50 – 70% CH
4
; 30 – 45% CO
2
; 0 – 3% khí N
2
; 0 – 3% H
2
; 0 – 3% 0

2
và 0
– 3% khí. H
2
S. Metan là khí cháy ñược nên khí biogas cũng cháy ñược. Có
thể nói biogas sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính và an toàn
nhằm giải quyết nhu cầu về chất ñốt sinh hoạt, tạo ñiện năng, bảo vệ môi
trường và bảo vệ sức khỏe cho cộng ñồng. Hiện nay biogas không những
ñược sử dụng ñể ñun nấu mà còn ñược sử dụng cho thắp sáng, lò sấy, máy
sấy, ñèn sưởi, bình nước nóng, tủ lạnh chạy bằng gas, chạy máy phát ñiện…
Phụ phẩm của hệ thống biogas (là những chất hữu cơ chưa phân hủy
hết) gồm váng, bã, cặn, nước xả, có thể sử dụng làm phân bón hoặc xử lý hạt
giống trước khi gieo trồng, làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm, nuôi
trồng thủy sản, trồng nấm, nuôi giun… ðặc biệt sản phẩm phụ của biogas
dùng làm phân bón ñã tiêu hủy ñược trứng giun sán nên an toàn cho canh tác,
hạn chế côn trùng phát triển và sinh trưởng, qua ñó giúp giảm dịch hại, bảo vệ
sức khỏe người nông dân.
b. Vai trò của biogas
Chất thải nếu ñược xử lý hợp lý sẽ tạo ra nguồn năng lượng tái sinh hữu
ích và các chất dinh dưỡng dễ hấp thụ hơn cho cây trồng và vật nuôi, làm
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
8

nguyên liệu cho chu trình sản xuất khép kín tiếp theo trong hệ kinh tế sinh
thái VAC. Tuy nhiên ñể chăn nuôi phát triển bền vững thì xử lý chất thải chăn
nuôi là yêu cầu cấp thiết không chỉ là nhiệm vụ của ngành chăn nuôi mà nó là
nhiệm vụ của toàn xã hội. Ứng dụng công nghệ biogas là biện pháp tích cực
nhất trong giai ñoạn hiện nay, ñối với khu vực ñịa bàn nông thôn nhằm giải
quyết các vấn ñề sau:
- Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ ñời sống con người.

- Giữ gìn và bảo vệ môi trường vệ sinh trong sạch trong các khu vực
cộng ñồng nông thôn qua ñó góp phần giữ gìn và bảo vệ môi trường, bảo vệ
sức khoẻ toàn xã hội thông qua việc giảm ô nhiễm môi trường sản xuất, cung
cấp sản phẩm nông nghiệp sạch.
- Tăng thu nhập cho các hộ gia ñình thông qua việc giảm chi phí về nhu
cầu chất ñốt phục vụ sinh hoạt.
- Tạo nguồn phân bón hữu cơ vi sinh, giảm bớt sử dụng phân hoá học,
qua ñó giảm bớt sự thoái hoá và cải thiện ñất trồng, nâng cao năng suất cây
trồng và nuôi cá trong hệ thống VAC gia ñình.
- Hỗ trợ phát triển chăn nuôi tốt hơn, tạo ñiều kiện nâng cao mức sống
và tiếp cận ñiều kiện văn minh ñô thị cho người dân nông thôn trong việc cải
tạo hố xí gia ñình, sử dụng khí sinh học vào việc nội trợ.
- Giảm sức lao ñộng của phụ nữ trong công việc nội trợ.
2.2.2. Tác dụng của xử lý chất thải trong chăn nuôi lợn bằng kỹ thuật biogas
a. Biogas tạo nguồn khí gas sạch
Về bản chất các hợp chất chất hữu cơ từ nguồn chất thải chăn nuôi ñều có
tiềm năng sinh khí và có thể làm nguyên liệu sinh khí biogas. Có thể phân chia
theo nguồn gốc: nguyên liệu có nguồn gốc ñộng vật và nguyên liệu có nguồn
gốc thực vật. Nguyên liệu có nguồn gốc ñộng vật (gồm phân và nước tiểu) từ gia
súc, gia cầm, nước rửa chuồng Các loại phân do ñã ñược xử lý qua bộ máy tiêu
hóa của gia súc, gia cầm nên dễ phân hủy và nhanh chóng sinh khí biogas.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
9

Sản lượng và ñặc tính của nguyên liệu chất thải của vật nuôi ảnh
hưởng lớn ñến hiệu suất sinh khí. Sản lượng khí biogas sinh ra thay ñổi theo
loại nguyên liệu, chất lượng nguyên liệu, nhiệt ñộ môi trường và phương
thức vận hành. ðặc tính của nguyên liệu tùy thuộc loại, ñối tượng, tuổi của
vật nuôi, khẩu phần thức ăn, chế ñộ quản lý… Ví dụ cùng là chất thải chăn
nuôi của lợn nhưng chất thải của lợn ăn thức ăn công nghiệp cho nhiều khí

hơn chất thải của lợn ăn thức ăn tự tạo (do thức ăn tự tạo có hàm lượng xơ
trong khẩu phần cao hơn); mùa hè sinh nhiều khí biogas hơn mùa ñông; thời
gian lưu giữ nguyên liệu càng lâu thì càng nhiều khí; Phân gia súc như trâu,
bò, lợn phân hủy nhanh hơn phân gia cầm, nhưng sản lượng khí của phân gia
cầm lại cao hơn
Bảng 2.2. Sản lượng khí của một số chất thải (lít/kg/ngày)
Loại nguyên liệu Sản lượng khí hàng ngày (lít/kg/ngày)

Phân trâu 15 – 32
Phân bò 15 – 32
Phân lợn 40 – 60
Phân gia cầm 50 – 60
Phân người 60 – 70
Bèo tây tươi 0,3 – 0,5
Rơm rạ khô 1,5 – 2
Nguồn: Hoàng Kim Giao, 2010
b. Biogas tiêu diệt mầm bệnh trong chất thải chăn nuôi
Trong những năm qua tình hình dịch bệnh trên gia súc ngày càng ra
tăng trên toàn thế giới. ðặc ñiểm bệnh lây lan nhanh, khó kiểm soát nhất là
những bệnh lây lan giữa người và gia súc. Chính vì vậy việc tìm kiếm những
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
10

giải pháp làm giảm nguy cơ lây lan dịch bệnh là rất ñáng quan tâm. Trong khi
hệ thống biogas ñã thể hiện ñược ưu ñiểm của nó trong vai trò làm giảm ô
nhiễm môi trường, giảm tình trạng lây lan bệnh tật.
Chất thải chăn nuôi có chứa một số loại VSV, trứng giun sán. Chúng có
thể tồn tại vài ngày cho tới vài tháng. ðiều này ñược thể hiện rõ qua bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các loại vi khuẩn có trong phân
ðiều kiện bị diệt

Loại vi khuẩn Số lượng Gây bệnh
Nhiệt ñộ

(
0
C)
Thời
gian
(phút)
Salmonella typhi Thương hàn 55 30
Salmonella typhi
A&B
Phó thương hàn 55 30
Shigella spp Lỵ 55 60
Vibrio cholerae Tả 55 60
Escherichia coli 10
5
/100ml Viêm dạ dày ruột 55 60
Hepatite A Viêm gan 55 3-5
Taenia saginata Sán 50 3-5
Micrococcus Ung nhọt 54 10
Streptococcus 10
2
/100ml Làm mủ 50 10
Ascaris lumbrucoides - Gun ñũa 50 60
Mycobacterium - Lao 60 20
Tubecudsis - Bạch cầu 55 45
Diptheriac - Sởi 45 10
Corynerbacerium - Bại liệt 65 30
Giardia lamblia - Tiêu chảy 60 30

Tricluris trichiura - Giun tóc 60 30
Nguồn Lê Trình (2009) (dẫn theo Bùi Hữu ðoàn và cộng sự, (2012))
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
11

Như vậy, nguy cơ lây nhiễm các loài ký sinh trùng từ chất thải chăn
nuôi cho con người là rất lớn. Trong khi ñó hệ thống xử lý chất thải biogas
không chỉ làm giảm lượng chất thải chăn nuôi mà còn có tác dụng tiêu diệt
nhiều loài ký sinh trùng gây bệnh. Trong ñiều kiện yếm khí của hệ thống
biogas ñã có tác dụng tiêu diệt nhiều loài VSV và ký sinh trùng.
Trong quá trình phát triển ña số VSV gây bệnh ñều sống trong ñiều
kiện hiếu khí. Chúng lấy oxy phục vụ cho hoạt ñộng sống ñó là quá trình hô
hấp. Nhưng trong hầm biogas lượng O
2
rất thấp chiếm 0 – 3% (theo Cục Chăn
nuôi 2011). Vì vậy VSV không có oxy ñể thực hiện quá trình hô hấp (hoạt
ñộng sống của chúng) từ ñó chúng bị tiêu diệt.
Hầu như mọi VSV gây bệnh cho người và ñộng vật ñều là VSV ưa ẩm.
Nhiệt ñộ thích hợp cho các VSV này phát triển là từ 20 – 45
0
C, dưới 4
0
C
chúng gần như không hoạt ñộng, trên 45
0
C một số ñã bị tiêu diệt (theo
Nguyễn Lân Dũng và Bùi Thị Việt Hà, 2009). Trong hầm biogas nhiệt ñộ lên
tới 55
0
C cùng với ñộ ẩm cao (không khí gần như bão hoà) làm tiêu diệt VSV

thông qua việc phá hủy acid nucleic, làm biến tính enzym và các protein khác,
ñồng thời còn có thể phá vỡ màng tế bào của chúng.
Quá trình phân giải các chất hưu cơ làm tăng sinh nhiệt còn tạo ra các
khí ñộc như CH
4
, CO
2
, H
2
S với hàm lượng cao cũng là yếu tố bất lợi cho
VSV, ký sinh trùng, trứng giun sán. Khí CO
2
là khí không duy trì sự sống,
trong khi ñó khí H
2
S kết hợp với nước tạo thành acid sulfurơ, axít này có tính
oxy hoá tác ñộng lên màng tế bào VSV, làm biến tính protein trong nguyên
sinh chất từ ñó VSV, ký sinh trùng bị tiêu diệt.
Trứng giun sán muốn phát triển thành giun sán phải trải qua các giai
ñoạn phát triển và ký sinh trên vật chủ trung gian nhất ñịnh ñể lột xác tạo
thành vòng ñời phát triển hoàn thiện. Các giai ñoạn này ñòi hỏi yêu cầu về
nhiệt ñộ và thời gian thích hợp, nếu không ñáp ứng ñược những yếu tố trên thì
vòng ñời của chúng sẽ không ñược lặp lại. Hệ thống biogas tiêu diệt mầm
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
12

bệnh ký sinh trùng bằng cách tạo ñiều kiện bất lợi như về nhiệt ñộ (nhiệt ñộ
bất lợi thì quá trình phát triển của phôi hay ấu trùng trong trứng không diễn ra
rồi chết), không cho trứng của chúng tiếp xúc với vật chủ trung gian truyền
bệnh chính là chúng ta ñã cắt một khâu trong vòng ñời của chúng. Ví dụ về

một vòng ñời của sán lá gan trâu bò.

Hình 2.1. Vòng ñời sán lá gan trâu bò
Nguồn: Bách khoa toàn thư
Theo Nguyễn Minh Tiền (2009) có 93,45 - 100% trứng giun sán bị tiêu
diệt trong hệ thống biogas.
Trong ñiều kiện của hệ thống biogas chỉ có những VSV yếm khí phát
triển mạnh ñể lên men phân giải các chất dinh dưỡng dư thừa. VSV hiếu khí
thường không có ñiều kiện thuận lợi ñể phát triển. Chính vì vậy, sử dụng hệ
thống biogas ñể xử lý chất thải có thể tiêu diệt ña số các VSV hiếu khí
(E.Coli, Salmonella, Coliform Theo Nguyễn Minh Tiền (2009) nước thải
sau biogas lượng COD, BOD giảm 36,37%, coliform giảm 57,9%, E.coli
giảm 90,04%. và Salmonella

giảm 33.33%.


Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
13

Như vậy hệ thống biogas không chỉ ñược ứng dụng không chỉ làm giảm
nguy cơ gây ô nhiêm môi trường do giảm lượng khí CH
4
ñào thải vào không
khí mà trong ñiều kiện của biogas thí nhiều loài VSV gây bệnh cũng bị tiêu
diệt bên cạnh ñó nó còn làm giảm lượng ñộc tố có trong nước thải
c. Biogas làm giảm ñộng vật trung gian truyền bệnh
Những ñộng vật như ruồi, muỗi, chuột, gián… là vật chủ trung gian
truyền bệnh cho người và ñộng vật. Chúng mang mầm bệnh phát tán khắp nơi
do sự di chuyển tự do từ nơi này ñến nơi khác. Chất thải chăn nuôi chưa ñược

xử lý hoặc xử lý không ñược triệt ñể là nơi thu hút chúng ñến sinh sôi nảy nở
và kiếm ăn. Xử lý chất thải bằng hệ thống biogas ñã làm cho chúng mất nơi
trú ngụ, kiếm ăn từ ñó làm giảm sự phát tán mầm bệnh, tăng sức khoẻ cho vật
nuôi ñem lại hiệu quả kinh tế cho người chăn nuôi.
2.2.3. Cấu tạo chung và phân loại hầm biogas
Cấu tạo chung của hệ thống biogas gồm các bộ phận chính sau: bể nạp,
ống lối vào, bể phân giải, ống lối ra, bể ñiều áp và ống thu khí.

Hình 2.2. Cấu tạo chung của hầm biogas
Nguồn: Cục Chăn Nuôi, 2011
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
14

- Bể nạp là nơi ñể nạp nguyên liệu vào
- Ống lối vào là bộ phận dẫn nguyên liệu vào bể phân giải. Ống này
thẳng, có dạng hình trụ, ñược chế tạo bằng bê tông hoặc ống nhựa cứng có
ñường kính trong lớn hơn hoặc bằng 150 mm.
- Bể phân giải là bộ phận chính, quan trọng nhất của hệ thống biogas.
ðây là nơi chứa dịch phân giải và là nơi xảy ra quá trình lên men sản sinh khí
sinh học.
- Ống lối ra cũng có cấu tạo và chất liệu như ống lối vào. Tuy nhiên
ñường kính trong của ống này có thể nhỏ hơn hoặc bằng so với ống lối vào vì
các chất sau phân giải ở dạng lỏng hoàn toàn.
`- Bể ñiều áp có dạng hình bán cầu, có chức năng ñiều hòa áp suất khí
trong bể phân giải. Ngoài ra bể này có chức năng chứa dịch sau phân giải và
là một van an toàn bảo vệ bể phân giải
- Ống thu khí ñược chế tạo bằng thép hoặc nhựa cứng, một ñầu ñược
nối với ống dẫn khí, ñầu kia gắn xuyên qua nắp bể phân giải ñể thu và vận
chuyển khí ra khỏi bể phân giải.
2.2.4. Một số loại hầm biogas

*Phân loại hầm biogas
Tùy theo cách phân loại ta có các kiểu hầm biogas khác nhau.
- Phân loại theo phần chứa khí gồm hầm nắp nổi và hầm nắp cố ñịnh.
- Phân loại theo cách thức nạp nguyên liệu có hầm nạp liên tục và hầm
nạp theo mẻ
- Phân loại theo cách xây dựng có hầm chế tạo sẵn và hầm xây tại chỗ.
- Nếu phân loại hầm biogas theo chất liệu thì có các loại hầm sau: hầm
gạch, hầm composite, hầm nilon, hầm HDPE. ðây là cách phân loại rõ ràng
và thường ñược gọi tên nhất.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
15

2.2.4.1. Hầm gạch
Là loại hầm biogas ñược xây bằng gạch và xi măng. Hầm có cấu trúc
vững và ñộ bền cao, biogas sinh ra có áp suất cao. Tùy theo nhu cầu xử lý của
hộ chăn nuôi (tùy số lượng ñàn gia súc, gia cầm) mà thiết kế thể tích bể chứa
cho phù hợp ñể xử lý. Cấu tạo của bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình
chóp cụt, bể ñiều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy ñịa hình.
- Ưu ñiểm:
+ Áp suất khí gas lớn nên hiệu quả sử dụng khí cao
+ Tương ñối bền so với các vật liệu khác
+ Kết cấu dưới mặt ñất nên nhiệt ñộ ổn ñịnh và tiết kiệm diện tích.
+ Xây dựng tại chỗ dễ dàng và vật liệu có sẵn ở ñịa phương
+ Giá thành xây dựng tương ñối rẻ.
Nhược ñiểm
+ Cần phải có kỹ thuật viên có tay nghề cao
+ Dễ bị lún, nứt và làm dò khí ra ngoài
+ Không xây ñược ở những vùng ñất trũng, dễ lở, lún.
+ Khi ñã hỏng thì khó sửa
Tùy theo hình dạng hình học bể phân giải có thể chia ra các loại hầm

biogas sau:
a. Hầm gạch nắp cố ñịnh
ðây là loại hầm thông dụng và ñược phát triển ñầu tiên ở Trung Quốc
vào những năm 1936. Thể tích hầm thướng biến ñộng từ 5 - 30 m
3
. Chủ yếu
hầm xây phục vụ cho các chăn nuôi gia ñình hay trại chăn nuôi nhỏ và vừa.
Bộ phận chứa khí và bể phân huỷ ñược gắn với nhau thành một bể kín.
Khí gas sinh ra tại bể phân giải, ñược tích lại ở phía trên sẽ tạo ra áp suất khí
nén xuống mặt dịch phân huỷ, ñẩy một phần dịch phân huỷ lên bể ñiều áp
ñược nối với lối ra.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
16

Dựa vào dạng hình học của bể phân giải có thể chia nắp cố ñịnh
thành 3 loại với nhiều kiểu khác nhau như: loại hình hộp, loại hình trụ và
loại hình cầu.

Hình 3.1. Hầm biogas nắp cố ñịnh hình hộp
Nguồn: Cục Chăn Nuôi, 2011
* Hầm biogas nắp cố ñịnh hình hộp: Có ưu ñiểm là loại hầm có kỹ
thuật xây dựng ñơn giản và quen thuộc
Nhược ñiểm:
+ Tốn nhiều vật liệu hơn các dạng khác do diện tích bề mặt và chiều
dày các vách xây lớn hơn. Nắp phải ñổ bê tông cốt thép.
+ Các góc cạnh là nơi chịu áp lực lớn nên hay bị nứt
+ Các góc cạnh cũng là vùng tĩnh, ít hoạt ñộng của bể do vậy thế tích
hoạt ñộng của bể nhỏ hơn tổng diện tích của nó.
Theo Cục chăn nuôi (2011), kiểu hầm biogas nắp cố ñịnh hình hộp gồm
kiểu của Nguyễn ðộ và kiểu của RDAC. Kiểu RDAC do Trung tâm tư vấn hỗ

trợ phát triển nông thôn (RDAC) thiết kế với sự thay ñổi bể phân hủy hình trụ
thành hình hộp, nắp bán cầu composite. Loại này tuy dễ xây dựng, vòm kín
khí, nhưng giá thành cao, các thông số kỹ thuật chưa hợp lý, nhiều nhược
ñiểm