Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại xã Xuân Quang huyện Bảo Thắng tỉnh Lào Cai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƢƠNG THỊ XUÂN
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẨM Ủ BIOGAS TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH
TẠI XÃ XUÂN QUANG - HUYỆN BẢO THẮNG - TỈNH LÀO CAI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học Môi trƣờng

Lớp

: K43 - KHMT - N02

Khoa

: Môi trƣờng

Khoá học

: 2011 - 2015

Giảng viên hƣớng dẫn : TS. Nguyễn Thanh Hải

Thái Nguyên, năm 2015


i

LỜI CAM ĐOAN
Luận văn tốt nghiệp “Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong
xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại xã Xuân Quang - huyê ̣n
Bảo Thắng - tỉnh Lào Cai”, chuyên ngành Khoa học Môi trường là công trình
nghiên cứu của riêng tôi, luận văn đã sử dụng thông tin từ nhiều nguồn khác
nhau, các thông tin có sẵn đã được trích rõ nguồn gốc.
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu đã đưa trong luận
văn này là trung thực và chưa được sử dụng trong bất cứ một công trình
nghiên cứu khoa học nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong việc
thực hiện đề tài này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đề tài
đều được ghi rõ nguồn gốc.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 04 năm 2015
Tác giả đề tài

Lƣơng Thị Xuân


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu, em đã hoàn thành khóa luận tốt
nghiệp theo kế hoạch của khoa Môi trường – trường Đại Học Nông Lâm Thái
Nguyên với đề tài “Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong xử lý

chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại xã Xuân Quang - huyê ̣n
Bảo Thắng - tỉnh Lào Cai”.
Có được kết quả này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô
trong trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô trong
khoa Môi trường – những người đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích
và tạo điều kiện giúp em thực hiện khóa luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo TS. Nguyễn Thanh Hải đã trực
tiếp hướng dẫn em trong suốt quá trình hoàn thành khóa luận, thầy đã chỉ bảo
và hướng dẫn tận tình cho em những kiến thức lý thuyết, thực tế cũng như các
kỹ năng trong viết bài, đồng thời cũng chỉ rõ những thiếu sót và hạn chế để
em hoàn thành bài báo cáo với kết quả tốt nhất.
Em xin chân thành cảm ơn phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Bảo
Thắng cũng như UBND xã Xuân Quang đã tạo điều kiện thuận lợi cho em
trong quá trình thực tập, điều tra nghiên tại cơ sở.
Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh và
động viên giúp đỡ trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện khóa luận.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song khóa luận khó tránh khỏi những thiếu
sót, hạn chế. Rất mong sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo và
các bạn sinh viên để giúp em hoàn thành bài khóa luận được tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Xuân Quang, ngày 16 tháng 05 năm 2015
Sinh viên
Lƣơng Thị Xuân


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật .................... 7
Bảng 2.2. Thành phần của biogas hay khí sinh học………………………....11

Bảng 2.3. Ước lượng chất thải phát sinh từ gia súc gia cầm .......................... 11
Bảng 2.4. Lượng phân thải ra ngoài của các loại vật nuôi ............................. 12
Bảng 2.5. Số lươ ̣ng các trang tra ̣i sử du ̣ng Biogas trên cả nước....................20
Bảng 4.1. Cơ cấu diện tích đất ........................................................................ 26
Bảng 4.2. Hiện trạng chăn nuôi ở địa phương năm 2014 ............................... 30
Bảng 4.3. Tình hình chăn nuôi của xã trong năm 2014.................................. 31
Bảng 4.4. Kết quả xây dựng hầm biogas tại xã Xuân Quang......................... 32
Bảng 4.5. Chi phí trung bình các hầm ủ biogas xây bằng gạch ..................... 34
Bảng 4.6. Kênh thông tin người dân biết đến biogas ..................................... 34
Bảng 4.7. Phân tích hàm lượng các chỉ tiêu trong nước thải chăn nuôi trước
khi qua xử lý bằng hầm ủ biogas .......................................................... 37
Bảng 4.8. Phân tích hàm lượng các chỉ tiêu trong nước thải chăn nuôi sau khi
qua xử lý bằng hầm ủ biogas ................................................................ 40
Bảng 4.9. So sánh hai hộ có và không lắp đặt hầm biogas ............................ 46
Bảng 4.10. Chi phí tiết kiệm của 2 gia đình khi sử dụng khí gas hàng tháng ...... 47
Bảng 4.11. Những sự cố thường gặp và cách khắc phục ở hầm ủ biogas nắp
cố định dạng vòm cầu ........................................................................... 52


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình ............................................ 10
Hình 2.2. Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình riêng
biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b) .................................................... 13
Hình 2.3. Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế ......................... 14
Hình 2.4. Sơ đồ quá trình lên men khí metan................................................. 15
Hình 2.5. Mô hình quản lý chất thải rắn chăn nuôi trên thế giới ................... 16
Hình 4.1. Biểu đồ tỷ lệ hầm biogas của xã Xuân Quang năm 2014 .............. 33
Hình 4.2. Biểu đồ các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước thải đầu

vào hầm ủ biogas (mẫu 1) ..................................................................... 38
Hình 4.3. Biểu đồ các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu vào hầm
ủ biogas (mẫu 1).................................................................................... 38
Hình 4.4. Biểu đồ các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước thải đầu
vào hầm ủ biogas (mẫu 2) ..................................................................... 39
Hình 4.5. Biểu đồ các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu vào hầm
ủ biogas (mẫu 2).................................................................................... 39
Hình 4.6. Biểu đồ thể hiện các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước
thải đầu ra hầm ủ biogas (mẫu 1).......................................................... 41
Hình 4.7. Biểu đồ thể hiện các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu
ra hầm ủ biogas ( mẫu 1) ...................................................................... 41
Hình 4.8. Biểu đồ các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước thải đầu
ra hầm ủ biogas (mẫu 2) ....................................................................... 42
Hình 4.9. Biểu đồ các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu ra hầm ủ
biogas (mẫu 2)....................................................................................... 42
Hình 4.10. Biểu đồ các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước thải đầu
vào và đầu ra của hầm ủ biogas (mẫu 1) .............................................. 43


v

Hình 4.11. Biểu đồ các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu vào và
đầu ra của hầm ủ biogas (mẫu 1) .......................................................... 43
Hình 4.12. Biểu đồ các chỉ tiêu COD, BOD, T–N và T–P trong nước thải đầu
vào và đầu ra của hầm ủ biogas (mẫu 2) .............................................. 44
Hình 4.13. Biểu đồ các chỉ tiêu TSS và Coliform trong nước thải đầu vào và
đầu ra của hầm ủ biogas (mẫu 2) .......................................................... 44


vi

DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Tiếng Việt

ANTQ

An ninh tổ quốc

FAO

Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc

KHSS

Khoa học sự sống

KSH

Khí sinh học

MT

Môi trường

PTN

Phòng thí nghiệm

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TN-MT

Tài nguyên – Môi trường

T-N

Tổng Nito

T-P

Tổng Photpho

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

UBND

Ủy ban nhân dân

VSMTNT

Vệ sinh môi trường nông thôn


vii

MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU.......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ............................................................... 1
1.3. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................... 2
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................... 4
2.1. Cơ sở khoa học ....................................................................................... 4
2.1.1. Cơ sở pháp lý ....................................................................................... 4
2.1.2. Cơ sở lý luận........................................................................................ 6
2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .......................................... 16
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên Thế giới................................................... 16
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ...................................................... 18
2.2.3. Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi tại Lào Cai ........ 18
2.2.4. Tình hình ứng dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã
Xuân Quang, huyện Bảo Thắng .................................................................. 18
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
21
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 21
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ........................................................... 21
3.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 21

3.3.1. Đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Xuân Quang huyê ̣n Bảo Thắ ng - tỉnh Lào Cai ................................................................. 21
3.3.2. Hiện trạng tình hình chăn nuôi lơ ̣n và sử dụng hầm ủ biogas của các
hộ dân thuộc xã Xuân Quang - huyê ̣n Bảo Thắ ng - tỉnh Lào Cai ............... 21
3.3.3. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi lơ ̣n bằng hệ thống hầm
ủ biogas qua các chỉ tiêu hóa học được phân tích và hiệu quả kinh tế, xã hội
khi sử dụng hầm ủ biogas ............................................................................ 21


viii

3.3.4. Đánh giá thuận lợi, khó khăn và đề xuất một số giải pháp nhằm phát
triển mô hình và nâng cao hiệu quả sử dụng của hầm ủ biogas phù hợp với
điều kiện kinh tế của địa phương ................................................................ 21
3.4. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 21
3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấ p ................................................ 21
3.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ................................................. 22
3.4.3. Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm ....................... 23
3.4.4. Phương pháp phân tích, thống kê và xử lý số liệu ............................ 23
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 25
4.1. Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội của xã Xuân Quang, huyê ̣n Bảo
Thắ ng ........................................................................................................... 25
4.1.1. Điều kiện tự nhiên, cảnh quan thiên nhiên và môi trường ................ 25
4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .................................................................. 27
4.2. Hiện trạng sử dụng hầm ủ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lơ ̣n
của các hộ gia đình trên địa bàn xã Xuân Quang, huyê ̣n Bảo Thắ ng ......... 30
4.2.1. Tình hình chăn nuôi lơ ̣n và quản lý chất thải ở địa phương.............. 30
4.2.2. Thực trạng áp dụng công nghệ hầm khí biogas trên địa bàn thuộc xã
Xuân Quang, huyê ̣n Bảo Thắ ng .................................................................. 32
4.3. Đánh giá hiệu quả hầm ủ biogas của các hộ dân trong địa bàn xã Xuân
Quang, huyê ̣n Bảo Thắ ng ............................................................................ 36

4.3.1. Đánh giá hiệu quả về mặt môi trường ............................................... 36
4.3.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng hầm ủ biogas ....................... 45
4.3.3. Đánh giá những lợi ích về mặt xã hội khi sử dụng hầm ủ biogas ..... 48
4.3.4. Lợi ích của việc sử dụng phụ phẩm sinh học vào trồng trọt và chăn nuôi
49
4.4. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas ... 50


ix

4.4.1. Những thuận lợi và khó khăn trong việc phát triển hệ thống hầm ủ biogas
50
4.4.2. Đề xuất một số giải pháp phát triển và nâng cao hiệu quả sử dụng
hầm ủ biogas ................................................................................................ 51
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .......................................................... 54
5.1. Kết luận ................................................................................................ 54
5.2. Đề nghị ................................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 56
I. Tài liệu tiếng Việt..................................................................................... 56
II. Tài liệu nước ngoài ................................................................................. 57
III. Tài liệu Internet ..................................................................................... 57


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một nước nông nghiệp phát triển trong khu vực Đông Nam
Á. Nhắc đến sự phát triển của Nông nghiệp thì không chỉ riêng trồng trọt, mà

chăn nuôi ở Việt Nam cũng là một ngành kinh tế mũi nhọn đã góp phần cải
thiện đời sống và nâng cao mức sống của người dân, đặc biệt là người dân
vùng nông thôn. Những năm gần đây, ngành chăn nuôi phát tri ển rộng khắp
các tỉnh trên cả nước, đồng thời với sự phát triển đó cũng đặt ra cho ngành
những thách thức rất lớn về vấn đề ô nhiễm môi trường.
Để khắc phục vấn đề nhiễm môi trường trong chăn nuôi, việc nghiên cứu
ứng dụng rộng rãi công nghệ biogas là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình
trạng ô nhiễm môi trường. Hiện nay nước ta đang sử dụng một số mô hình
biogas của Hà Lan, Trung Quốc, Ấn Độ... có hiệu quả và được bà con ủng hộ.
Tỉnh Lào Cai nói chung và xã Xuân Quang, huyện Bảo Thắ ng nói riêng
là một xã nằm ở khu vực miền Bắc, người dân chủ yếu là sản xuất nông
nghiệp và chăn nuôi gia súc. Các hộ dân ở đây đã sử dụng hầm ủ biogas để xử
lý chất thải chăn nuôi. Nhằm đánh giá được hiệu quả của công trình Biogas đối
với chăn nuôi cũng như đối với môi trường thì nghiên cứu về Biogas rất quan
trọng. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nói trên, được sự đồng ý của Ban Giám
Hiệu nhà trường, Ban Chủ Nhiệm khoa Môi trường - Trường Đại học Nông
lâm Thái Nguyên em tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá hiệu quả sử dụng
hầm ủ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại xã
Xuân Quang - huyê ̣n Bảo Thắ ng - tỉnh Lào Cai” .
1.2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài
 Mục tiêu của đề tài
- Thực trạng sử dụng hầm biogas tại xã Xuân Quang , huyê ̣n Bảo
Thắ ng, tỉnh Lào Cai.


2

- Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong xử lý chất thải chăn
nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Xuân Quang, huyê ̣n Bảo Thắng, tỉnh Lào Cai.
- Nâng cao nhận thức của người dân về việc xử lý chất thải chăn nuôi

bằng biogas, khuyến khích người dân sử dụng để giảm thiểu ô nhiễm môi
trường. Tìm hiểu những thuận lợi và khó khăn của các hộ gia đình trong quá
trình sử dụng hầm ủ biogas.
- Đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu
quả sử dụng mô hình biogas tại địa phương.
 Yêu cầu của đề tài
- Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã.
- Đảm bảo số liệu, tài liệu thu được phải đầy đủ, chính xác, khách quan,
trung thực, phản ánh đúng tình trạng sử dụng hầm ủ biogas và thực trạng xử
lý chất thải của các hộ chăn nuôi tại địa phương.
- Phương pháp và số liệu phân tích phải chính xác, khách quan, trung thực.
- Bộ câu hỏi phỏng vấn các hộ gia đình phải dễ hiểu, khách quan và đầy
đủ thông tin phục vụ cho quá trình đánh giá.
- Đưa ra các biện pháp thiết thực phù hợp với địa phương nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng biogas.
1.3. Ý nghĩa của đề tài
 Ý nghĩa trong khoa học
- Đề tài tạo cơ hội cho sinh viên được tiếp cận với thực tế, có cơ hội áp
dụng những kiến thức đã học vào thực tiễn, nâng cao trình độ chuyên môn đồng
thời tích lũy được nhiều kinh nghiệm thực tế cho bản thân sau khi ra trường.
- Làm tư liệu cho các nghiên cứu khoa học về sau.
 Ý nghĩa trong thực tiễn
- Đề tài góp ph ần tuyên truyền, giáo dục giúp người dân nâng cao sự
hiểu biết, quan tâm, ủng hộ việc sử dụng bể biogas để giải quyết chất thải
chăn nuôi trong sinh hoạt và sản xuất nhằm bảo vệ môi trường.


3

- Là một tư liệu để cung cấp những số liệu về hiện trạng môi trường,

tình hình lắp đặt bể biogas trên địa bàn.
- Giúp sinh viên trau dồi kỹ năng giao tiếp, mối quan hệ đồng nghiệp
trong môi trường làm việc thực tế.
- Đánh giá được hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi lợn khi sử dụng hầm
biogas ở xã Xuân Quang, huyê ̣n Bảo Thắ ng, tỉnh Lào Cai.
- Đề xuất các biện pháp quản lý và kỹ thuật để nâng cao hiệu quả sử
dụng của bể biogas.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học
2.1.1. Cơ sở pháp lý
- Luật Bảo vệ Môi trường số: 55/2014/QH13 đã được Quốc hội nước
Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa 13, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày
23/6/2014 và có hiệu lực thi hành từ ngày 1/1/2015.
- Nghị định 19/2015/NĐ–CP của chính phủ về việc quy định chi tiết và
hướng dẫn thi hành một số điều của luật bảo vệ môi trường 2014.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9121:2012 về trại chăn nuôi gia súc lớn
– yêu cầu chung do Bộ Khoa học và Công nghệ công bố năm 2012.
- Quy chuẩn Việt Nam QCVN 38:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước mặt bảo vệ đời sống thủy sinh.
- QCVN 01–79: 2011/BNNPTNT về cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm –
quy trình kiểm tra, đánh giá điều kiện vệ sinh thú y. Do Cục Thú y biên soạn,
Vụ Khoa học, Công nghệ và Môi trường trình duyệt, và được ban hành theo
Thông tư số 71/2011/TT–BNNPTNT ngày 25 tháng 10 năm 2011 của Bộ
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn.
- Thông tư số 04/2010/TT–BNNPTNT ngày 15/01/2010 của Bộ Nông

nghiệp & Phát triển Nông thôn quy định về Ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học.
- Quy chuẩn Việt Nam QCVN 01–14:2010/BNNPTNT – Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn an toàn sinh học năm 2010 của
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
- Quy chuẩn Việt Nam QCVN 01–15:2010/BNNPTNT – Quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về điều kiện chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học năm 2010 của
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.


5

- Quy chuẩn Việt Nam QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước mặt năm 2008 của Bộ Tài nguyên – Môi trường.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật về hầm ủ biogas tại Việt Nam: Bộ Nông
nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban hành quyết định số 21/2002/QĐ–
BNN ngày 21 tháng 03 năm 2002 về việc ban hành tiêu chuẩn ngành về
lĩnh vực Môi trường. Ban hành cùng quyết định này là 8 tiêu chuẩn ngành
về lĩnh vực môi trường, áp dụng cho các công trình khí sinh học nhỏ 10m3,
đơn giản, dùng để xử lý chất thải, sản xuất khí sinh học và phân hữu cơ với
nguyên liệu là các loại phân người, phân động vật và thực vật. Tiêu chuẩn
này đã góp phần chuẩn hóa chất lượng và sử dụng toàn diện các công trình
biogas, bảo vệ quyền lợi của người ứng dụng và phát triển công nghệ
biogas một cách vững chắc.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 492–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 1: Yêu cầu kỹ thuật chung.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 493–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 2: Yêu cầu về xây dựng.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 494–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 3: Yêu cầu về phân phối và sử dụng khí.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 495–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 4: Tiêu chuẩn kiểm tra và nghiệm thu.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 496–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 5: Yêu cầu vận hành và bảo dưỡng.
 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 497–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 6: Yêu cầu về an toàn.

 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 498–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 7: Danh mục các thông số và đặc tính kỹ thuật cơ bản.


6

 Tiêu chuẩn ngành 10 TCN 499–2002: Công trình khí sinh học nhỏ Phần 8: Thiết kế mẫu.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6625:2000 về chất lượng nước – Xác
định chất rắn lơ lửng bằng cách lọc qua cái lọc sợi thuỷ tinh do Bộ Khoa học
Công nghệ và Môi trường ban hành năm 2000.
2.1.2. Cơ sở lý luận
2.1.2.1.Môi trường
* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá 13, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày
23 tháng 06 năm 2014, định nghĩa như sau: “Môi trường là hệ thống các yếu
tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của
con người và sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường: Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2014:
“Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không
phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh
hưởng xấu đến con người và sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng
nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu
chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật.
Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm,
nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí. Nước bị ô nhiễm nghĩa
là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho
con người và cuộc sống các sinh vâ ̣t trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là
khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu.
* Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng
nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố

gas hay hố xí.


7

2.1.2.2. Chất thải chăn nuôi
a) Tổng quan về chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như
phân, nước tiểu, xác súc vật…, được chia làm ba loại: Chất thải rắn, chất thải
lỏng và chất thải khí. Trong chất thải chăn nuôi có nhiều các chất hữu cơ, vô
cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con
người. Đây là nguồn nguyên liệu lớn chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả
năng chuyển hóa sinh học để tạo biogas. Khối lượng chất thải phát sinh có sự
khác nhau tùy theo từng loại gia súc, gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm
chuồng trại và đặc điểm ngành của từng quốc gia. [12]
b) Đặc tính chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi đặc trưng nhất là phân. Phân gồm các thành phần là
những dưỡng chất không tiêu hóa được hoặc những dưỡng chất thoát khỏi sự
tiêu hóa vi sinh hay men tiêu hóa (chất xơ, protein không tiêu hóa được như
P2O5, K2O, CaO, MgO…). Ngoài ra, còn có các chất cặn bã của dịch tiêu hóa
(trypsin, pepsin…), các mô tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn
theo phân ra ngoài, các chất dính vào thức ăn (tro, bụi…), các vi sinh vật bị
nhiễm trong thức ăn hay trong ruột bị tống ra ngoài…
Lượng phân mà vật nuôi thải ra thay đổi theo lượng thức ăn và thể
trọng, dựa vào thức ăn và thể trọng mà ta tính được lượng phân.[12]
Bảng 2.1. Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật
Động vật
Trâu, bò
Ngựa
Lợn

Gà
Chim bồ câu

Lƣợng
nƣớc %
80
75
82
56
52

Thành phần phân rắn
Nitơ %
P2O5 %
K2O %
1,67
1,11
0,056
2,29
1,25
1,38
3,75
3,13
2,2
6,27
5,92
3,27
5,68
5,74
3,23

(Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT) [11]


8

c) Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi
* Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác súc vật chết, thức ăn dư
thừa của vật nuôi, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 50% 83% và tỷ lệ NPK cao. Đây là tác nhân gây ô nhiễm môi trường chủ yếu trong
chăn nuôi nếu không được xử lý tốt.
* Chất thải lỏng gồm phần lớn là nước thải của vật nuôi, nước rửa
chuồng và phần phân lỏng hòa tan, là loại chất thải có khối lượng lớn nhất.
Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với nước tiểu của
gia súc và nước tắm gia súc. Đây cũng là loại chất thải khó quản lý. Nước thải
chăn nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý
đến việc xử lý nó.
* Chất thải khí là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá
trình phân hủy của các chất hữu cơ - ở dạng rắn và lỏng. Cường độ của mùi
hôi phụ thuộc vào điều kiện mật độ nuôi, sự thông thoáng, nhiệt độ và độ ẩm
không khí. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi theo giai đoạn
phân hủy chất hữu cơ, theo thành phần của thức ăn, hệ thống VSV và tình
trạng sức khỏe của thú. Đáng quan tâm nhất là các khí NH3, H2S và CH4. [12]
d) Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi
 Ô nhiễm không khí
Trong chất thải chăn nuôi, nếu lượng chất hữu cơ có quá nhiều VSV
hiếu khí sẽ sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong nước làm khả năng hoạt động
phân hủy của chúng kém, gia tăng quá trình phân hủy yếm khí tạo ra các sản
phẩm CH4, H2S, NH3, H2,… tạo mùi hôi thố i.
 Ô nhiễm đất
Chất thải chăn nuôi khi không được xử lý mang đi sử dụng cho trồng trọt

như tưới, bón cho cây, rau, củ, quả dùng làm thức ăn cho người và động vật là
không hợp lý. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong


9

đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho người và gia súc, đặc biệt là các bệnh về đường
ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa, sán lá…
 Ô nhiễm nguồn nước
Lượng chất thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách thải vào môi
trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm
giảm quá mức lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt, ảnh hưởng
đến hệ VSV nước, là nguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi
thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh hưởng đến môi trường. Hai chất dinh
dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước (phú dưỡng)
đó là nitơ (nhất là ở dạng nitrat) và photpho. Trong nước thải chăn nuôi còn
chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng gây bệnh, so
với nước bề mặt, nước ngầm ít bị ô nhiễm hơn.
Như vậy, chất thải chăn nuôi nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ảnh
hưởng lớn tới môi trường đất, nước, không khí, từ đó ảnh hưởng tới sức khỏe
con người, sinh vật và các hệ sinh thái khác.
2.1.2.3. Khái quát về công nghệ biogas
a) Công nghệ biogas và khí sinh học
- Công nghệ biogas: Là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ
phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra khí sinh học sử dụng trong hộ
gia đình hay trong sản xuất. [16]
Công nghệ biogas xuất hiện trên thế giới từ rất sớm và qua thời gian đã
có rất nhiều cải tiến và ứng dụng
- 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.
- Biogas hay khí sinh học là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân huỷ (lên
men) những hợp chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây…
dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí).


10

Bảng 2.2. Thành phần của biogas hay khí sinh học
Loại khí
Metan - CH4
Khí cacbonic - CO2
Nitơ - N2

Tỷ lệ (%)
50 -70
30 – 45
0–3

Loại khí
Hidro - H2
Oxi - O2
Hidro Sunfua - H2S

Tỷ lệ (%)
0-3
0-3
0-3

(Nguồ n: Tài liệu tập huấn kỹ thuật viên về KSH – Dự án chương trình

KSH cho ngành chăn nuôi Viê ̣t Nam
, Hà Nội 2007)
- Khí sinh học sản xuất từ hầm biogas bao gồm 2/3 khí mêtan (CH4), 1/3
khí cacbonic (CO2) và năng lượng khoảng 4.500 - 6.000 calo/m3. Một mét khối
(1m3) hỗn hợp khí CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tương đương với mức
6.000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg
than hay 1,2 kWh điện năng, có thể sử dụng để chạy động cơ 2KVA trong 2 giờ,
sử dụng cho bóng đèn thắp sáng trong 6 giờ, sử dụng cho tủ lạnh 1m3 khí biogas
trong 1 giờ hoặc sử dụng nấu ăn cho gia đình 5 người trong 1 ngày. [16]
- Metan (CH4) là thành phần chủ yếu của KSH. Nó là chất khí không
màu, không mùi và nhẹ bằng nửa không khí, ít hòa tan trong nước. Ở áp suất
khí quyển, metan hóa lỏng ở nhiệt độ -161,50C. Khi metan cháy sẽ tạo ngọn
lửa màu lơ nhạt và tỏa nhiều nhiệt lượng:
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882 kJ

[7]

b) Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình và nguyên liệu
* Vị trí hầm biogas

Hình 2.1. Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình


11

* Nguồn nguyên liê ̣u cho biogas
Theo công nghệ càng ngày càng phát triển, khí biogas có thể được sản
xuất từ nguồn nguyên liệu khác nhau, xử lý được chất thải phát sinh mà vẫn
phù hợp tính năng của người sử dụng.
Nguyên liê ̣u đươc chia ra 2 loại:

- Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Là phân người và phân gia súc,
gia cầm. Vì được xử lý trong bộ máy tiêu hoá nên phân dễ phân huỷ và nhanh
chóng cho KSH. Tuy nhiên phân trâu, bò, lợn phân hủy nhanh hơn, còn phân
người và phân gà vịt phân hủy chậm hơn nhưng lại cho năng suất cao hơn.
- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm
phụ phẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu… các loại cây xanh
hoang dại như: Bèo, các cây cỏ sống ở dưới nước, các nguyên liệu thực vật có
lớp vỏ cứng rất khó bị phân huỷ.
Bảng 2.3. Ƣớc lƣợng chất thải phát sinh từ gia súc gia cầm
Loại động vật
Trâu, bò
Lợn
Cừu
Gia cầm (gà, vịt)
Chất thải con người

Khối lƣợng chất thải
phát sinh
(kg/ngày/con)
10 – 15
1,3
0,75
0,75
0,06

Khối lƣợng chất thải có
khả năng thu gom
(kg/ngày/con)
5-8
0,3

0,25
0,75
0,06

(Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age
International Publisher)
Bảng 2.3 cho thấy lượng chất thải phát sinh hàng ngày từ gia súc, gia
cầm và con người. Qua đó ta thấy, các loại gia súc thì ta có thể thu gom được
25 - 50% chất thải phát sinh hàng ngày, còn chất thải của con người và các
loại gia cầm nuôi trong chuồng nuôi như gà, vịt, ngan thì có thể thu gom lại
được 100% chất thải phát sinh.


12

Bảng 2.4. Lƣợng phân thải ra ngoài của các loại vật nuôi
STT

Loại vật nuôi

Loại phân thải mỗi ngày (% thể trọng)

1

Lợn

6,00 - 7,00

2
3

4

Bò sữa
Bò thịt
Gà

7,00 - 8,00
5,00 - 8,00
5,00

(Nguồn: Nguyễn Quế Côi, 2006)
Bảng 2.4 cho thấy lượng phân thải ra mỗi ngày chiếm tỷ lệ cao nhất là
ở bò sữa 7 - 8% thể trọng, tiếp đến là bò thịt 5 - 8%, lợn 6 - 7%, gà 5% thể
trọng. Qua đây, ta thấy số lượng vật nuôi càng lớn thì lượng chất thải thải ra
ngoài môi trường càng nhiều. Đây cũng chính là vấn đề đáng lo ngại cho môi
trường hiện nay.
2.1.2.4. Mô tả một công trình biogas quy mô hộ gia đình
Ở nước ta, hầu hết các hầm biogas được áp du ̣ng là nh ững thiết bị đơn
giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên liệu bổ sung thường xuyên. Hầm
biogas được xây dựng cho các hộ gia đình riêng biệt.
Loại 1: Hầm biogas có nắp hình vòm cuốn


13

Hình 2.2. Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình
riêng biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b)
Hình mô tả trên đây là sơ đồ thiết kế của một hầm biogas, trong quá trình
xây dựng cần đảm bảo những kỹ thuật cần thiết: Hầm phải kín, xây bằng gạch
để không rò rỉ, phần bể thải phải cao hơn hầm phân huỷ nhưng chiều ngang của

lối vào và lối ra là bằng nhau. Cấu tạo của các hầm biogas ở nông thôn khá đơn
giản, có thể được xây dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng.
Tuy nhiên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, còn trong
thực tế các hầm Biogas thư ờng xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này
được áp dụng ngay khi đưa vào nông thôn Việt Nam.


14

Mô hình hầm biogas phổ biến trong thực tế:

Hình 2.3. Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế
Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo
Mô hình này được du nhập từ Cô-lôm-bia. Về cấu tạo, túi ủ biogas
được cấu tạo bởi 2 - 3 lớp túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 - 10 m,
đường kính 1.4 m được đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Túi này được gắn
với hệ thống ống sành tạo đầu vào và đầu ra.
Túi dự trữ có nhiệm vụ thu và giữ khí sinh học từ túi ủ để dẫn tới bếp
sử dụng. Mô hình này có những thuận lợi là rẻ tiền, dễ lắp đặt, dễ sử dụng,
nhưng cũng có những bất lợi sau: Túi ủ biogas bằng ni-lông dễ bị thủng do
các tác động cơ học, vật liệu chất dẻo dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh
nắng mặt trời và mô hình chiếm diện tích đất gần 10 m2 vì túi biogas này đặt
nửa chìm nửa nổi trên mặt đất, làm cho nhiều gia đình ở Đồng Bằng Sông
Hồng do chật chội nên không có điều kiện về đất đai để áp dụng.
Hai loại hình cơ bản trên được giới thiệu dùng để sử dụng cho quy mô
hộ gia đình ở nông thôn. Những loại hình này muốn đưa vào hoạt động cần có
sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì
mới có khả năng được công nhận chính thức. [10]

15

Cơ sở lý thuyết của công nghệ sản xuất biogas
Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1

Giai đoạn 2

Giai đoạn 3

Khối vi khuẩn

Khối vi
khuẩn

H2, CO2

Chất hữu cơ,
carbohydrat,
chất béo, protein

Acid acetic
Khối vi khuẩn

Acid propionic
Acid butyric ,
Các rượu & các
thành phần khác

CH4, CO2

H2, CO2
Acid acetic

Tác dụng của vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn sinh
lên men acetogenic khí Metan
Hình 2.4. Sơ đồ quá trình lên men khí metan
* Giai đoạn 1: Thủy phân
Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ
bị khử thành các monome (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 vi khuẩn lên men chuyển hóa,
hình thành các sản phẩm như: H2, H2O, CO2, NH4, H2S, rượu và các axit hữu
cơ yếu, axit acetic (CH3COOH).
* Giai đoạn 2: Hình thành axit
Trong bước này vi khuẩn acetogeic sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu
cơ yếu thành các sản phẩm sau: H2, H2O, CO2, CH3COOH.