Đánh giá tình hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã thanh ninh huyện phú bình tỉnh thái nguyên và đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

NGUYỄN THỊ HOA
Tền đề tài
ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TẠI XÃ THANH NINH, HUYỆN PHÚ
BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐƢA RA CÁC GIẢI PHÁP NÂNG
CAO HIỆU QUẢSỬ DỤNG HẦM BIOGAS
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trƣờng

Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2011 – 2015

Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái nguyên, năm 2015


ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

NGUYỄN THỊ HOA
Tền đề tài
ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TẠI XÃ THANH NINH, HUYỆN PHÚ
BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐƢA RA CÁC GIẢI PHÁP NÂNG
CAO HIỆU QUẢSỬ DỤNG HẦM BIOGAS
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trƣờng

Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2011 – 2015

Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Huệ
Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái nguyên, năm 2015


iii

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo và cán bộ nhân viên
Uỷ ban nhân dân xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên đã tạo
điều kiện, giúp đỡ em trong sốt quá trình thực tập tại xã.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân
thành tới Ths. Nguyễn Thị Huệ, giáo viên khoa Môi Trƣờng, Trƣờng Đại Học
Nông Lâm Thái Nguyên, đã hƣớng dẫn em tận tình trong quá trình học tập và
hoàn thiện đề tài này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng đã
nhiệt tình truyền thụ cho em những kiến thức quý báu trong quá trình em học
tập tại trƣờng.
Trong quá trình làm đề tài tuy đã cố gắng hết sức nhƣng do kinh
nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót và
khiếm khuyết, em rất mong đƣợc thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài
đƣợc hoàn thành hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thị Hoa

iv

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thành phần trung bình của các loại nƣớc tiểu gia súc ...................... 6
Bảng 2.2: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas .......................................... 6
Bảng 2.3: Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại .............................11
Bảng 4.1: Số lƣợng gia súc qua điều tra ................................................................41
Bảng 4.3: Nguồn thông tin mà ngƣời dân biết về công nghệ biogas ................42
Bảng 4.2 Lƣợng chất thải trung bình của gia súc................................................41
Bảng 4.4: Vị trí xây dựng hầm biogas của các hộ................................................43
Bảng 4.5:Lí do lắp đặt hầm của các hộ ..................................................................44
Bảng 4.6: Các kiểu hàm biogas đƣợc ngƣời dân sử dụng..................................45
Bảng 4.7: Chi phí lắp đặt biogas của các hộ dân .................................................46
Bảng 4.8: Loại bếp sử dụng biogas của các hộ .....................................................47
Bảng 4.9: Thời gian nấu ăn bằng biogas ...............................................................48
Bảng 4.10: Lƣợng khói trong nhà bếp so với trƣớc ............................................49
Bảng 4.11: Mùi trong nhà bếp so với trƣớc ..........................................................49
Bảng 4.12: Đánh giá hiện trạng trƣớc và sau chăn nuôi lợn của gia đình ông
Nguyễn Văn Hải .........................................................................................................52
Bảng 4.13: Đánh giá hiện trạng trƣớc và sau chăn nuôi lợn của gia đình ông
Nguyễn Văn Biển: ......................................................................................................56


v

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình..................................................12
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). ....................................................................14
Hình 2.3: Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế ............................15
Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas ...........................16
Hình 2.5: Hình ảnh về thiết bị thu khí kiểu KT1 và KT2 ..................................25
Hình 2.6: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1 ......................................25
Hình 2.7 :Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2 ......................................26
Hình 2.8: Hình ảnh về mô hình xây biogas kiểu KT2 ........................................26
Hình 2.9: Cấu tạo của thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu .................................27
Hình 2.10: Mô hình hầm biogas hộ gia đình ........................................................29
Hình 2.11. Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc ................................................31
Hình 2.12. Túi ủ bằng plastic ...................................................................................31
Hình 3.5: Biểu đồ vị trí lắp đặt hầm của các hộ ...................................................44
Hình 3.6: Lí do lắp đặt hầm ủ biogas .....................................................................45
Hình 3.7: Biểu đồ loại bếp sử dụng cho biogas của các hộ ................................47
Hình 3.8: Biểu đồ thời gian nấu ăn của các hộ .....................................................48
Hình 3.9: Biểu đồ đánh giá hiện trạng nƣớc thải chăn nuôi lợn của gia đình
anh Nguyễn Văn Hải .................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10: Biểu đồ đánh giá hiện trạng các chỉ tiêu nƣớc thải chăn nuôi lợn
của gia đình anh Nguyễn Văn Biển ......................... Error! Bookmark not defined.


vi

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

STT

Ý Nghĩa

Tên Viết Tắt

1

ATLĐ

An Toàn Lao Động

2

BNN&PTNT

Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn

3

BTNMT

Bộ tài nguyên môi trƣờng

4

BVMT

Bảo vệ môi trƣờng

5

CHXHCNVN

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam

6

HĐND

Hội đồng nhân dân

7

QCMT

Quy chuẩn môi trƣờng

8

TBXH

Thƣơng binh xã hội

9

TCMT

Tiêu chuẩn môi trƣờng

10

UBND

Ủy ban nhân dân

11

VSMT

Vệ sinh môi trƣờng


vii

MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài............................................................................................... 2
1.2.1 Mục tiêu chung.................................................................................................... 2
1.2.2 Mục tiêu của đề tài ............................................................................................. 2
1.3. Yêu cầ u của đề tà.................................................................................................
i
2
1.4. Ý nghĩa của đề tài: ................................................................................................ 3
PHẦN 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................................... 4
2.1. Cơ sở khoa ho ̣c của đề ta....................................................................................
4
̀i
2.1.1. Cơ sở lý luâ ̣n....................................................................................................... 4
2.1.2. Cơ sở pháp lý. ...................................................................................................18
2.2. Cơ sở thƣ̣c tiễn của đề ta..................................................................................
20
̀i
2.2.1 Tình hình ứng dụng công nghệ Biogas trên thế giới ................................20

2.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam ...................................22
PHẦN 3: ĐỐI TƢƠNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
....32
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
...................................................................32
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu.....................................................................................32
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu.........................................................................................32
3.2. Điạ điể m và thời gian nghiên cƣ́....................................................................
u
32
3.3. Nô ̣i dung nghiên cƣ́u..........................................................................................32
3.4. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u..................................................................................32
3.4.1. Phƣơng pháp kế thừa. ....................................................................................32
3.4.2. Phƣơng pháp điều tra phỏng vấ.................................................................
n
32
3.4.3. Phƣơng pháp lấ y mẫu và phân tích trong phòng thí nghiê.................
m
33
̣
3.4.4. Phƣơng pháp tổ ng hơ ,̣pso sánh, đối chiếu .................................................33


viii

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................34
4.1. Điều kiêṇ tƣ̣ nhiên, kinh tế – xã hội của xã Thanh Nin
h, huyêṇ Phú Bình,
tỉnh Thái Nguyên........................................................................................................34
4.1.1 Điều kiêṇ tƣ̣ nhiên............................................................................................34

4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ...............................................................................37
4.2. Thực trạng áp dụng hầm ủ biogas của xã Thanh Ninh ..............................40
4.2.1.Kết quả khảo sát đàn gia súc trên địa bàn xã .............................................41
4.2.2. Kênh thông tin mà ngƣời nông dân biết đến biogas.................................41
4.2.3. Mặt bằng để xây dựng chuồng trại và lắp đặt hầm biogas .....................43
4.2.4. Lí do mà ngƣời dân lắp đặt hầm ..................................................................44
4.2.5. Các kiểu công trình biogas trên địa bàn ....................................................45
4.2.6. Chi phí lắp đặt.................................................................................................45
4.2.7. Tình hình sử dụng biogas...............................................................................46
4.3: Đánh giá chất lƣợng nƣớc thải chăn nuôi trƣớc và sau hầm ủ biogas ....51
4.3.1: Nƣớc thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn Văn Hải xóm Đồng
Trong - Thanh Ninh- Phú Bình - Thái Nguyên. ..................................................51
4.3.2: Nƣớc thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn văn Biển xóm Đồng
Trong, thanh ninh- Phú Bình- Thái nguyên nhƣ sau: ........................................55
4.3.3.Khó khăn và thuận lợi của ngƣời dân khi lắp đặt biogas.........................60
4.3.3.1. Thuận lợi ........................................................................................................60
4.3.3.2 Khó khăn.........................................................................................................60
4.4.Giải pháp ...............................................................................................................60
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................67
5.1. Kết luận ................................................................................................................67
5.2. Kiến nghị ..............................................................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................70


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong bối cảnh tài nguyên năng lƣợng hóa thạch trên thế giới ngày

càng cạn kiệt, năng lƣợng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm
không phải chỉ riêng mỗi quốc gia mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trƣớc tình
hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy
tìm nhiều loại năng lƣợng khác nhau, nhất là năng lƣợng tái lập. Một trong
những năng lƣợng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lƣợng có từ sự phân
hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc nhƣ trâu, bò, heo đó
chính là năng lƣợng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Ở nƣớc ta, việc
nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ
yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, cung cấp nguồn chất đốt, tiết
kiệm năng lƣợng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Nhu cầu sử dụng công
nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ
chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn.Phú Bình là một trong những huyên
của tỉnh Thái Nguyên, sản xuất nông nghiệp vẫn là chủ yếu, công nghiệp,
dịch vụ vẫn chƣa phát triển nhiều. Chăn nuôi đặc biệt đóng vai trò quan trong
trong kinh tế hộ gia đình và là một trong những nguồn thu chủ yếu của nông
hộ. Trong đó xã Thanh Ninh- huyện Phú Bình - tỉnh Thái Nguyên, đƣợc đánh
giá là xã có đàn gia súc lớn nhất xa với 1500 con heo, 850 con bò. Vì thế việc
quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo
dục, chính sách môi trƣờng và chính sách kinh tế. Các biện pháp kỹ thuật phổ
biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas, bể chứa phân, bón
phân đã xử lý vào đất, sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải. Trong đó, xây
dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và
hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống


2

biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm
để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình bioga có hiệu quả thì công
việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng. vì vậy đề tài. "Đánh giá tình

hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã thanh
ninh, huyện phú bình, tỉnh thái nguyên và đƣa ra các giải pháp nâng cao
hiệu quả sử dụng hầm biogas" trong sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết.
1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1 Mục tiêu chung
Đánh giá hiện trạnh sử dụng mô hình biogas ở xã Thanh Ninh huyện
Phú Bình - Thái Nguyên, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình
trong quá trình sử dụng. Từ đó đề xuất những giải pháp khắc phục khó khăn
và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phƣơng.
1.2.2 Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá thực trạng áp dụng hầm khí biogas trong chăn nuôi trên địa
bàn xã Thanh Ninh - huyện Phú Bình - Thái nguyên
- Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến việc ứng dụng công nghệ hầm
biogas vào chăn nuôi ở xã Thanh Ninh
- Đề xuất các giải pháp tăng cƣờng ứng dụng công nghệ biogas vào
chăn nuôi của các hộ trên địa bàn xã Thanh Ninh.
1.3. Yêu cầ u của đề tài
- Điều tra thu thập thông tin, hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã
Thanh Ninh
- Số liệu phản ánh trung thực, khách quan
- Đề xuất giải pháp khắc phục những khó khăn ở địa phƣơng
- Những kiến nghị đƣa ra có tính khả thi phù hợp với điều kiện kinh tế
của vùng


3

1.4. Ý nghĩa của đề tài:
 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Tạo cơ hội áp dụng và thực hành những kiến thức đã học vào thực tế.

- Nâng cao hiể u biế t thêm về kiế n thƣ́c thƣ̣c tế .
- Phát triển kỹ năng , trau dồ i , tích lũy kinh nghiệm phục vụ cho công
tác nghiên cứu sau này.
- Bổ sung tƣ liê ̣u cho ho ̣c tâ ̣p, nghiên cƣ́u khoa ho ̣c.
 Ý nghĩa thực tiên
- Phản ánh thực trạng của vệc sử dụng bioga của các hộ gia đình tại địa
phƣơng.
- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng biogas đem lại và giải quyết
những khó khăn tồn tại.
- Tuyên truyề n , nâng cao nhâ ̣n thƣ́c về bảo vê ̣ môi trƣờng cho ngƣời
dân điạ phƣơng, cho các tổ chƣ́c, cá nhân tham gia hoạt động.
- Nâng cao chấ t lƣơ ̣ng môi trƣờng phu ̣c vu ̣ cho hoa ̣t đô ̣ng số ng của
ngƣời dân trên điạ bàn.
- Làm cơ sở cho công tác quy hoạch , kế hoa ̣ch , xây dƣ̣ng chiń h sách
bảo vệ môi trƣờng đất - nƣớc ta ̣i điạ phƣơng.


4

PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa ho ̣c của đề tài
2.1.1. Cơ sở lý luâ ̣n
2.1.1.1 Một số khái niệm
* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc Quốc hội nƣớc
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 9 thông qua ngày
14 tháng 2 năm 2015, định nghĩa nhƣ sau: “Môi trƣờng bao gồm các yếu tố
tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con ngƣời, có ảnh hƣởng đến đời
sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con ngƣời và sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trƣờng Việt

Nam 2005: “Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi
trƣờng không phù hợp với tiêu chuẩn môi trƣờng, gây ảnh hƣởng xấu đến con
ngƣời, sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lƣợng
nƣớc không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau,vƣợt quá tiêu
chuẩn cho phép và có ảnh hƣởng xấu đến đời sống con ngƣời và sinh
vật. Nƣớc trong tự nhiên tồn tại dƣới nhiều hình thức khác nhau: Nƣớc ngầm,
nƣớc ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí. Nƣớc bị ô nhiễm nghĩa
là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho
con ngƣời và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nƣớc ô nhiễm thƣờng là
khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu.
* Chất thải chăn nuôi lợn: Bao gồm chất thải rắn và chất thải lỏng, chất
thải rắn bao gồm phân, gia súc chết, nhau thai,... Chất thải lỏng là nƣớc tiểu,
chất nhầy, nƣớc rửa chuồng trại và rửa các dụng cụ dùng trong chăn nuôi.


5

* Nước thải chăn nuôi: Nƣớc thải chăn nuôi là một loại nƣớc thải rất
đặc trƣng và có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cao do có chứa hàm lƣợng
cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh.
* Nước thải sinh hoạt: Là nƣớc thải từ các khu dân cƣ, khu vực hoạt
động thƣơng mại, khu vực công sở, trƣờng học và các cơ sở trƣờng học khác.
* Nước thải công nghiệp: Là nƣớc thải từ các nhà máy đang hoạt động
hoặc trong đó nƣớc thải công nghiệp là chủ yếu.
* Nước thải thấm qua: Là lƣợng nƣớc 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.
* Nước thải tự nhiên: Nƣớc mƣa đƣợc xem nhƣ nƣớc thải tự nhiên ở
những thành phố hiện đại, chúng đƣợc thu gom theo hệ thống riêng.

* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc Quốc
hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua
ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa nhƣ sau: “Là giới hạn cho phép của các
thông số về chất lƣợng môi trƣờng xung quanh, về hàm lƣợng của chất gây ô
nhiễm trong chất thải đƣợc cơ quan nhà nƣớc có thẩm quyền qui định làm căn cứ
để quản lý và bảo vệ môi trƣờng”.
2.1.1.2 Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp
a. Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogas
- Đặc tính chung của nguyên liệu biogas (khí sinh học) là một loại khí
đƣợc sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông
nghiệp) bị lên men trong điều kiện kị khí. vi sinh vật phân hủy các chất tổng
hợp và khí đƣợc sinh ra. bioga là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit,
nito, hydro sunfua…
chất thải của động vật (phân, nƣớc tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp là
nguồn nguyên liệu lớn, chƣa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển


6

hóa sinh học để tạo biogas. khối lƣợng 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.
Bảng 2.1: Thành phần trung bình của các loại nƣớc tiểu gia súc
Thành phần trong nƣớc tiểu (%)

Loại gia
Nƣớc

CHO

N

P2O5

CaO

MgO

Cl

Trâu, bò

92,5

6,0

1,0

0,01

1,5

0- 1,1

0,1

Ngựa

89,0

7,0

1,2

0,05

1,50

0,24

0,2

Lợn

94,0

2,5

0,5

0,05

1,0

0- 0,2

0- 0,1

súc, gia
cầm

( Nguồn: Suzuki Tatsushiko, 2008)
- Khả năng sản sinh biogas hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm
protein, lipit, cacbonhydrat, xenlulozo đều có khả năng chuyển hóa sinh học
thành biogas.
- Thành phần, tính chất biogas
Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng
700oC. Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870oC.
Thành phần biogas bao gồm 50-70% CH4 ; 35-50% CO2 hàm lƣợng hơi
nƣớc khoảng 30-160g/m3.Gía trị năng lƣợng khoảng 5,96Wh/m3 và tỷ trọng
0,94kg/m3..Lƣợng không khí cần thiết cho quá trình cháy của biogas khoảng
5,7m3không khí/m3biogas, với tốc độ cháy khoảng 40cm/s.
Bảng 2.2: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas
STT

Loại khí

Thành phần khí(%)

1

CH4

55 – 65

2

CO2

35 – 43

3

N2

0–3

4

H2

0–1


7

5

H2S

0–1

Tùy thuộc vào thành phần tính chất của nƣớc thải chăn nuôi, thời gian
lƣu nƣớc, trọng tải chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lƣợng khí sinh ra là khác nhau.
b. Các yếu tố lý hóa ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh học
Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ tạo biogas đƣợc thực hiện các
nhóm vsv. các vsv này sử dụng một số enzym để làm chất xúc tác cho phản
ứng sinh học. hoạt động của các enzym này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng
nhằm tối ƣu hóa quá trình chuyển hóa sinh học. các yếu tố hóa lý quan trọng
ảnh hƣởng đến tốc độ của phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, PH, tỉ lệ

C/N, điều kiện dinh dƣỡng, yếu tố gây độc của các thành phần dạng vết, tốc
độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lƣu trong hầm, mức
độ ảnh hƣởng của các yếu tố này xét trên khía cạnh khác nhau dƣợc trình bày
chi tiết nhƣ sau:
- Nhiệt độ :
Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hƣởng tới tốc độ của
phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng, độ hòa tan của co2 và
thành phần biogas sinh ra. khi nhiệt độ môi trƣờng tăng tốc độ phân hủy sinh
học sẽ tăng và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao.
Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10oC. tuy
nhiên điều này hầu nhƣ không xảy ra vì hầu hết các loại vi khuẩn tham gia
vào quá trình chuyển hóa biogas chỉ hoạt đông trong một khoảng nhiệt độ
nhất định, ba khoảng nhiệt độ mà vi khuẩn hoạt động hiệu quả nhất là:
+ T<15oC: khoảng hoạt động của vi khuẩn ƣa lạnh
+ T= 15- 45oC : khoảng hoạt đông của vi khuẩn ƣa nhiệt độ trung
bình.
+ T= 45-65oC : khoảng hoạt động của vi khuẩn ƣa nhiệt trong phản ứng
biogas, hai khoảng nhiệt độ của hai nhóm vi khuẩn ƣa nhiệt độ trung bình


8

khoảng 25- 37oC và vi khuẩn ƣa nhiệt 55oC là quan trọng nhất vì quá trình
phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 10oC.
- Thời gian lƣu
Thời gian lƣu là khoảng thời gian lý thuyết mà một phân tử hoặc một
đơn vị chất lỏng đi vào và lƣu lại tại hầm phân hủy. Đại lƣợng này đƣợc tính
bằng tỷ số giữa thể tích hầm phân hủy và thể tích nguyên liệu đi vào hầm
trong một ngày, đơn vị lƣu nƣớc là ngày.
T (ngày) =

Thời gian lƣu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ
các tác nhân gây bệnh. Nếu yếu tố an toàn vệ sinh và sức khỏe đƣợc xem xét
đến thì các giá trị này phải lớn hơn ngƣỡng giá trị nhỏ nhất.
Qúa trình phân hủy hoặc lên men của các chất hữu cơ dƣới điều kiện kỵ
khí diễn ra rất chậm, do đó những cơ chất này phải đƣợc duy trì trong hầm ủ
trong thời gian dài để quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn.
Thời gian lƣu quyết định chi phí xây dựng hầm ủ, thời gian lƣu càng cao,
đồng nghĩa lƣợng khí sinh ra sẽ nhiều hơn nhƣng điều đó sẽ làm gia tăng chi phí
đầu tƣ ban đầu của hầm ủ. Thời gian lƣu ngắn sẽ dẫn đến hiện tƣợng tỏn thất sinh
khối và gia tăng chi phí vận hành.
- PH:
Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH >=7(trong môi trƣờng độ kiềm yếu).
Sự xuất hiện của một số ion sau có thể làm ảnh hƣởng đến pH của hầm: HCO3,

H2CO-3, NH4+, CH3COO-+, Ca2+…gốc HCO-3 góp phần làm tăng độ kiềm

bicacbonat thông qua phản ứng thuận nghịch sau:
HCO3- + CH3COOH <=> H20 + CO2 + CH3COODãy pH tối ƣu trong hầm ủ nằm trong khoảng trung tính(6,8-7,4). Khi


9

tỷ lệ sinh ra các axits béo bay hơi vƣợt quá khả năng vi khuẩn metan hóa có
thể sử dụng, pH sẽ giảm xuống dƣới mức tối ƣu. Để pH tăng trở lại quá trình
vận hành cần bổ sung thêm độ kiềm cho hầm phân hủy lấy từ nguồn bên
ngoài.
Sự thay đổi pH sẽ làm ảnh hƣởng đến tính nhạy cảm của các enzym.
Các VSV và enzym của chúng rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối
ƣu thể hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng

hoạt hóa của các enzym.
Nồng độ và dạng tồn tại của amonia cũng có ảnh hƣởng quan trọng
đến pH của hầm ủ. Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định rạng thái tồn
tại của amoniac( NH3). Amoniac tồn tại dƣới dạng NH4+ không gây độc đối
với vi khuẩn ngƣợc lại với amonia tự do. Nồng độ NH3 ở mức 100ppm sẽ rất
độc và có thể là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ.
- Tỷ lệ C/N
Để tạo điều kiện sinh trƣởng và hoạt động tối ƣu của vi khuẩn điều cần
thiết là phải cung cấp đầy đủ chất dinh dƣỡng dƣới dạng các hợp chất hóa học
với nồng độ thích hợp. Cacbon và nito là những thành phần dinh dƣỡng chính
của vi khuẩn kỵ khí. Nguồn C sẽ cung cấp năng lƣợng cho hoạt động vi
khuẩn, N cần thiết cho quá trình tổng hợp tế bào. Để hàm lƣợng N đƣợc cung
cấp hợp lý, nguồn cơ chất đầu vào sẽ đƣợc xem xét đến khái niệm tỉ lệ C/N .
Khái niệm này đƣợc quan tâm từ rất sớm với nguồn cơ chất là phân bò tỷ lệ
C/N khoảng 15:1 - 25:1.
Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lƣợng N sẽ bị vi khuẩn metan hóa tiêu thụ
nhanh để tổng hợp protein của chúng và sẽ không còn đủ để phản ứng với
lƣợng C còn lại trong nghuyên liệu do đó lƣợng khí biogas sinh ra sẽ thấp.
Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giải phóng và tích lũy dƣới
dạng amoni. NH4 sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy, pH cao hơn 8,5 sẽ là


10

một yếu tố gây cản trở hoạt động của vi khuẩn metan hóa.
Các vi khuẩn axit hó và vi khuẩn metan hóa đều cần tỷ lệ C/N :25-30:1
cho quá trình hoạt động tối ƣu. Mặc dù các loại chất hữu cơ khác nhau có tỷ
lệ C/N khác nhau nhƣng hỗn hợp của các nguyên liệu này trƣớc khi vào hầm
phân hủy phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng 25-30:1.
- Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào

Nƣớc là nhu cầu cần thiết cho sự sống và hoạt động của vi sinh vật.
Hơn nữa nƣớc là môi trƣờng cần thiết cho sự di chuyển của vi sinh vật hoạt
động của các enzym nội bào và thủy hóa các polyme sinh học tạo điều kiện
cho quá trình phân hủy.
Tuy nhiên việc duy trì quá nhiều nƣớc trong hầm phân hủy sẽ làm tăng
thể tích hầm và trở nên cồng kềnh. Do đó độ ẩm trong hầm phải đƣợc duy trì
ở mức tối ƣu. Hàm lƣợng độ ẩm đối với từng loai cơ chất khác nhau sẽ khác
nhau tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của
chúng.
- Thành phần gây độc
Nồng độ của amonia, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt, kim loại
nặng…là các yếu tố gây độc với VSV ảnh hƣởng đến khả năng sinh khí
biogas. Tỷ lệ C/N thấp trong hỗn hợp đầu vào sẽ sẽ làm tăng hàm lƣợng
amonia. Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn của động vật hoặc khi tiêm
phòng cho động vật có thể gây ra các tác đọng tiêu cực đến khả năng sinh khí
biogas. Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại đƣợc trình bày trong
bảng 2.3


11

Bảng 2.3: Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại
STT

Thành phần

Đơn vị (mg/l)

1

Sunfate SO42-

5.000

2

NaCl

40.000

3

Cu

100

4

Cr

200

5

Ni

200-500

6

Cyanua(CN)

<25

7

Hợp chất bề mặt

40ppm

8

Amonia

3.000

9

Na

5500

10

K

4.500

11

Ca

4.500

12

Mg

1.500

Nuồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iierrational
Publisher
2.1.1.3 Giới thiệu về phƣơng pháp biogas
2.1.1.3.1. Định nghĩa hầm biogas và khí sinh học (Biogas)
Hầm biogas: là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn
nuôi, sản xuất... đƣợc ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas- đƣợc sử dụng nhƣ
một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất.
Khí biogas: hay còn gọi là khí sinh học là một dạng năng lƣợng khi mà
các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men
trong điều kiện không có không khí (quá trình yếm khí), vi sinh vật phân huỷ
các chất tổng hợp và sinh ra khí. Khí sinh học là một hỗn hợp khí bao gồm
Metan (CH4), Cacbon Dioxit (CO2), Nito (N2) và Hydro sunphat (H2S). Thành
phần chủ yếu của khí sinh học là Metan (chiếm 60% -70%) và Cacbon dioxit


12

(chiếm 30%-40%). Nhìn về góc độ năng lƣợng tính toán đƣợc rằng: 1m3 khí
sinh học (với mức 6000 calo) tƣơng đƣơng với .
3,47 kg gỗ, 0,45 kg khí ga hoá lỏng, 1,25 Kw điện năng, 1,4 kg than đá,

13 kg nhiên liệu phân gia súc và còn nhiều ƣớc tính khác nữa, khí biogas hoàn
toàn có thể sử dụng nhƣ một nguồn năng lƣợng phổ biến hiện nay.

Hình 2.1: Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình
Theo công nghệ càng ngày càng phát triển, khí biogas có thể đƣợc sản
xuất từ nguồn nguyên liệu khác nhau, xử lý đƣợc chất thải phát sinh mà vẫn
phù hợp tính năng của ngƣời sử dụng.
2.1.1.3.2. Sơ lƣợc về cấu tạo và hoạt động của biogas
a.. Các loại hình biogas
Công nghệ biogas xuất hiện trên thế giới từ rất sớm và qua thời gian đã
có rất nhiều cải tiến và ứng dụng. Cấu tạo trong các nhà máy sẽ phức tạp hơn
nhiều. Để tiện theo dõi, ta có thể chia các loại hình biogas thành hai loại:
trong khu vực nông thôn và khu vực công nghiệp.
Trong khu vực nông thôn, hầu hết các hầm biogas đƣợc áp dụng ở các
nƣớc đang phát triển là những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp
bnguyên liệu bổ sung thƣờng xuyên. Hầm biogas đƣợc xây dựng cho các hộ
gia đình riêng biệt.


13

Loại 1: Hầm biogas có nắp hình vòm cuốn
Hình mô tả sau 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 nhƣng chiều
ngang của lối vào và lối ra là bằng nhau.
Cấu tạo của hầm biogas bao gồm các bộ phận sau:
Ngăn trộn: Là nơi mà nƣớc và phân động vật đƣợc trộn lẫn với nhau
trƣớc khi vào ngăn phân huỷ.
Ngăn phân huỷ: Là nơi mà phân và nƣớc từ ngăn trộn đƣợc lên men và

sinh ra khí ga. Ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lƣợng khí ga đƣợc sinh ra trƣớc khi sử dụng. Khí ga này sẽ đẩy lớp
cặn sang ngăn áp lực.
Ngăn áp lực: Thu các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ, khi sử dụng khí
ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngƣợc lại vào
ngăn phân huỷ để đẩy khí ga ra. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đƣờng ống thoát ở đáy hầm, khi cổng của hầm lƣu trữ mở ra thì
phân và nƣớc sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm qua đƣờng ống này.
Ngăn chứa và lọc cát: Thu phần cặn lắng có thể sử dụng đƣợc nhƣ là
phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trƣờng.
Ga tích luỹ đƣợc sẽ đẩy phần cặn và nƣớc trong đáy ngăn phân huỷ để
chảy vào ngăn áp lực. Khi sử dụng khí ga thì nƣớc trong ngăn áp lực sẽ chảy
ngƣợc lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống này
đƣợc gọi là hệ thống động lực. Nó sẽ hoạt động thƣờng xuyên nếu không có
rò rỉ hoặc quá trình lên men đƣợc kiểm soát. Hầm biogas đảm bảo tiêu chuẩn
có thể hoạt động hơn 10 năm.


14

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).
Cấu tạo của các hầm biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể đƣợc xây
dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng.
Trên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, nhƣng trong
thực tế thƣờng xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này đƣợc áp dụng


15

ngay khi đƣa vào nông thôn Việt Nam. Mô hình hầm biogas phổ biến trong
thực tế:

Hình 2.3: Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế
(Ví dụ mô hình bể: Hà Lan).
Đối với các hầm xây dựng giành riêng cho các hộ gia đình, Các hầm
này có 5 bộ phận nhƣ sau:
 Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu và đảm bảo những điều
kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra. Đây là bộ phận chủ yếu
của hầm, hay còn gọi là thể tích phân huỷ.
 Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ đƣợc thu và
chứa ở đây. Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín.
 Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân huỷ.
 Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã phân huỷ đƣợc lấy ra (gọi là bã thải)
qua đây để nhƣờng chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
 Lối lấy khí: Khí đƣợc đƣa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua
lối lấy khí này.
Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo
Mô hình này đƣợc du nhập từ Cô-lôm-bia. Về cấu tạo, túi ủ biogas
đƣợc cấu tạo bởi 2 - 3 lớp túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 - 10 m,
đƣờng kính 1.4 m đƣợc đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất. Túi này đƣợc gắn
với hệ thống ống sành tạo đầu vào và đầu ra.


16

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,
nhƣng 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 dƣới 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 đƣợc giới thiệu dùng để
sử dụng cho qui mô hộ gia đình ở nông thôn. Những loại hình này muốn đƣa vào
hoạt động cấn có sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của
chính phủ thì mới có khả năng đƣợc công nhận chính thức.
b. Cơ chế hoạt động và hiệu suất xử lý chất thải.

Phân
động vật

Quá trình thuỷ phân

Quá trình axit hoá
Quá trình
lên men

Khí Biogas

Quá trình axetic hoá

Quá trình Mêtan hoá

Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas .
Ban đầu nƣớc và phân động vật đƣợc trộn lẫn với nhau trong ngăn trộn,
sau đó đƣợc chuyển sang ngăn phân huỷ. Tại đây, phân và nƣớc đƣợc lên men
và sinh ra khí ga, ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lƣợng khí ga đƣợc sinh ra trƣớc khi sử dụng, khí ga này sẽ đẩy lớp
cặn sang ngăn áp lực. Tại ngăn áp lực, các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ

17

đƣợc thu lại, khí ga tích luỹ đƣợc sẽ đẩy phần cặn và nƣớc trong đáy ngăn
phân huỷ chảy vào ngăn áp lực. Khi mở van lấy khí ga thì nƣớc trong ngăn áp
lực sẽ chảy ngƣợc lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ
thống này gọi là hệ thống động lực. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đƣờng ống thoát ra ở đáy hầm, khi mở nắp ống thì phân và nƣớc
sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm ra qua ngăn chứa và lọc cát. Phần cặn lắng thu
đƣợc có thể đƣợc sử dụng nhƣ là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông
nghiệp hoặc bán ra thị trƣờng.
Nếu bảo quản và vận hành tốt, hệ thống hầm biogas không bị rò rỉ thì
có thể hoạt động đƣợc trong khoảng 10 đến 20 năm.
Giai đoạn quan trọng nhất để sinh ra khí ga đƣợc xảy ra trong bộ phận
phân huỷ. Nguyên liệu đƣợc nạp vào trộn lấn với nƣớc sẽ biến đổi thành các
chất hoá học khác nhau nhờ vào các nhóm sinh vật khác nhau.
c. Lợi ích của công nghệ biogas trong nông nghiệp
- Công nghệ ủ khí biogas đƣợc ứng dụng để cung cấp năng lƣơng với
nhiều quy mô khác nhau, quy mô nhỏ cho hộ gia đình, quy mô lớn cho khu
dân cƣ và quy mô lớn cho cho các nhà máy sản xuất.
- Biogas rất dễ cháy có thể thay thế cho củi do đó làm giảm nạn phá
rừng ở những vùng nông thôn nhiệt đới, gián tiếp hạn chế ảnh hƣởng do thiên
tai, lũ lụt. đồng thời góp phần cải thiện điều kiện làm việc của ngƣời phụ nữ
nông thôn tiết kiệm đƣợc thời gian.
- Về lợi ích kinh tế: Khí thu đƣợc để đun nấu thay thế việc mua gs, nếu
một hộ xây dựng công trình biogas cỡ 10 m3 sex cho lƣợng khí đốt tƣơng
đƣơng 1,5-2 bình gá 13kg, đủ để hộ xay dựng công trình khí sinh học đun nấu
cho sinh hoạt hàng ngày và có thể chạy bình nóng lạnh gá, thắp sáng hoặc
chạy máy nổ… sẽ giảm chi tối thiểu cho hộ tối thiểu khoảng 300.000 đồng

/tháng. nếu các hộ gia đình chƣa xây dựng các công trình phụ thì quy hoạch