Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi quy mô trang trại chăn nuôi lợn giống, sơ sở 2 Ông Phạm Đức Hùng Tại Xã Hương Lung – Huyện Cẩm Khê – Tỉnh Phú Thọ năm 2016.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐẶNG HỮU CHI
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN GIỐNG CƠ SỞ 2 ÔNG PHẠM ĐỨC HÙNG
TẠI XÃ HƯƠNG LUNG – HUYỆN CẨM KHÊ – TỈNH PHÚ THỌ
NĂM 2016

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Chính Quy
Chuyện ngành/Ngành: Địa chính môi trường
Khoa: Quản lí tài nguyên
Khóa học: 2013-2017

Thái Nguyên - 2017


i
LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa
Quản Lí Tài Nguyên trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã tiến hành đề
tài: “Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi
quy mô trang trại, cơ sở 2 Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung – Cẩm
Khê – Phú Thọ năm 2016”
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này ngoài sự cố gắng rất nhiều của
bản thân, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô
trong khoa. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới: Các thầy cô trong trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, đặc biệt
là thầy cô trong khoa Quản lí Tài nguyên và khoa Môi trường đã trang bị cho

em nền tảng kiến thức vững chắc về Môi trường cũng như các phương pháp
quản lý và xử lý bảo vệ môi trường và nhiều lĩnh vực liên quan khác.
Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Cô giáo TS. Trần Thị Phả Khoa Môi trường, cô đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều
để em hoàn thành được nội dung đề tài này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới
cô chú và anh chị công nhân, kỹ sư tại Trang trại đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo
điều kiện trong quá trình học tập và nghiên cứu tại cơ sở.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã hết
lòng động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cả về vật chất và tinh thần cho em trong
quá trình học tập và nghiên cứu.
Do trình độ và thời gian thực hiện đề tài có giới hạn nên đề tài không
tránh khỏi những sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các
bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Đặng Hữu Chi


ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Chữ viết tắt

Diễn giải

1

pH

Là chỉ số đo độ hoạt động của các Ion Hiđrô trong

dung dịch

2

DO

Là lượng Oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô
hấp của các sinh vật nước

3

COD

Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá
học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ

4

BOD5

Là lượng Oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu
cơ và sinh hóa do vi khuẩn

5

NO3-

Muối

6

∑P

Tổng P


i

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu ................... 14
Bảng 2.2 Hiện trạng sử dụng biogas tại 16 tỉnh miền Bắc và miền Trung do
VACVINA tiến hành. ................................................................... 24
Bảng 4.2.1. Quy mô chăn nuôi của trang trại ................................................ 37
Bảng 4.2.2 : Diện tích đất sử dụng tại trang trại mô hình VAC..................... 38
Bảng 4.3.2a Số lượng ký sinh trùng ở nguyên liệu nạp và phụ phẩm khí ...... 42
Bảng 4.3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải so với Quy chuẩn Việt
Nam 62-MT:2016/BTNMT(QCVN). ............................................ 42
Bảng 4.5.2 Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải so với Quy chuẩn Việt
Nam 62-MT:2016/BTNMT(QCVN). ............................................ 44
Bảng 4.3.3a. Hiệu xuất xử lý chất thải chăn nuôi tại trang trại Ông Phạm Đức
Hùng trong tháng 8/2016. ............................................................. 46
Bảng 4.3.3b. Hiệu xuất xử lý chất thải chăn nuôi tại trang trại Ông Phạm Đức
Hùng trong tháng 10/2016. ........................................................... 47


ii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3: Sơ đồ mô tả quá trình phân hủy thành khí Biogas ............................ 12
Biểu đồ 4.3.1 so sánh giữa các kết quả phân tích trước khi xử lý với Quy

chuẩn Việt Nam ............................................................................. 43
Biểu đồ 4.3.2 so sánh giữa các kết quả phân tích sau khi xử lý với Quy chuẩn
Việt Nam. ....................................................................................... 45
Biểu đồ thể hiện hiệu xuất xử lý trung bình của hầm Biogas sau 3 lần phân
tích mẫu tại trang trại Ông Phạm Đức Hùng, cơ sở 2. .................... 50


iii

MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề ............................................................................................. 1

1.2

Mục tiêu và yêu cầu của đề tài. ............................................................. 2

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 lý luận. ........................................................................................ 4
2.1.2 Cơ sở thực tiễn. ..................................................................................... 5
2.1.3 Phương Pháp Biogas Trong Xử Lý Chất Thải Chăn Nuôi...................... 7
2.1.4 Quá trình sản sinh khí sinh học. ........................................................... 14
2.1.5 Lợi ích của công nghệ khí sinh học...................................................... 16

2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. ............................................ 18
2.2.1 Trên thế giới. ....................................................................................... 18
2.2.2 Tại Việt Nam. ...................................................................................... 21
Phần 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..... 29

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .......................................................... 29
3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành. ............................................................. 29
3.3 Nội dung nghiên cứu. ............................................................................. 29
3.4 Phương pháp nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi. .................................. 29
3.4.1 Phương pháp kế thừa. .......................................................................... 29
3.4.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích. .......................................................... 30
3.4.3. Phương pháp phân tích . ..................................................................... 30
3.4.4. Phương pháp tổng hợp phân tích, xử lý số liệu. .................................. 31
Phần 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ........................................................... 32
4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tại xã Hương Lung, huyện Cẩm
Khê, Tỉnh Phú Thọ. ...................................................................................... 32


iv
4.1.1 Điều kiện tự nhiên. .............................................................................. 32
4.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội. .................................................................... 33
4.1.3 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã
Hương Lung. ......................................................................................... 34
4.2 Khát quát về Quy mô trang trại chăn nuôi lợn giống của Ông Phạm Bá
Hùng tại xã Hương Lung-Cẩm Khê-Phú Thọ. .............................................. 35
4.2.1 Quy mô trang trại. ............................................................................... 35
4.2.2 Cơ cấu đất đai trang trại. ...................................................................... 38
4.2.3 Thực trạng áp dụng hầm Biogas của trang trại. .................................... 39
4.3 Đánh giá chất lượng nước đầu vào hầm Biogas tại Trang trại Ông
Phạm Đức Hùng, Cơ sở 2. ............................................................................ 42

4.3.1 Chất lượng nước thải trước khi đưa vào hầm Biogas xử lý của Trang
trại Ông Phạm Đức Hùng, Cơ sở 2. .............................................................. 42
4.3.2 Chất lượng nước thải sau khi đưa vào hầm Biogas xử lý của Trang
trại Ông Phạm Đức Hùng, Cơ sở 2. .............................................................. 44
4.3.3 Hiệu xuất xử lý của hệ thống hầm Biogas tại trang trại Ông Phạm
Đức Hùng . ................................................................................................... 46
4.3.4 Tổng hợp hiệu xuất xử lý trung bình của hầm Biogas sau 3 lần phân
tích mẫu tại trang trại Ông Phạm Đức Hùng, cơ sở 2 như sau: ..................... 50
4.4 Giải pháp nhằm thúc đẩy sử phát triển công nghệ hầm khí Biogas vào
chăn nuôi ở trang trại.................................................................................... 52
4.4.1. Giải pháp chung.................................................................................. 52
4.4.2. Giải pháp cụ thể. ................................................................................. 52
Phần 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 56
5.1 Kết luận. ................................................................................................. 56
5.2 KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 58


1
Phần 1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay đang giữ vai trò chủ đạo, sự
phát triển của ngành trồng trọt góp phần thúc đẩy nghành chăn nuôi phát triển
và giữ vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Vậy nhưng tăng trưởng
trong chăn nuôi đã gây ra nhưng tác động không tích cực đến môi trường do
chất thải ra từ ngành chăn nuôi. Việc cần thiết là tìm ra giải pháp để xử lý chất
thải trong chăn nuôi để bảo vệ sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp. Ở
Việt Nam, việc nghiên cứu các ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là
một trong các giải pháp chủ yếu nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm mội
trường, vừa để cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả cho

gia đình.
Trong giai đoạn hiện nay, các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ hay thậm trí là các
trang trại qui mô nhỏ, do không có đủ khả năng, hay do trình độ dân trí còn
thấp nên vẫn tồn tại hình thức chăn nuôi truyền thống như chuồng trại gần nhà
hoặc trong nhà, chất thải thải trực tiếp ra môi trường chưa qua xử lý, gây mùi
hôi khó chịu, gây ô nhiễm môi trường xung quanh, gây mất vẻ mỹ quan môi
trường. Phân và nước thải trong chăn nuôi đe dọa trực tiếp tới sức khỏe con
người và vật nuôi, đó là môi trường tốt cho ruồi nhặng phát triển nhanh.
Chúng là ký sinh trùng trung gian lây truyền bệnh tật cho con người và vật
nuôi. Bên cạnh đó, mùi hôi thối của chất thải chăn nuôi còn ảnh hưởng đến hộ
gia đình chăn nuôi và các hộ gia đình xung quanh.
Trước thực trạng trên, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền
vững đòi hỏi phải có biện pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi một cách
tốt nhất. Trong thực tế, cũng có các dự án nghiên cứu để giảm thiểu ô nhiễm
của chất thải và tận dụng nguồn chất thải cho các công việc khác. Tạo ra khí
sinh học Biogas(KSH Biogas) là một biện pháp hiệu quả nhất, vùa xử lý được


2
chất thải cũng như cung cấp được một lượng khí đốt để sử dụng trong sinh
hoạt hàng ngày. Tuy vậy, trong quá trình áp dụng cũng gặp khá nhiều khó
khăn nên chưa áp dụng được rộng rãi [7].
Từ những yêu cầu trên, và được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS.
Trần Thị Phả, bản thân em tiến hành thực hiện đề tài ”Đánh giá hiệu quả sử
dụng hầm Biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi quy mô trang trại chăn nuôi
lợn giống, sơ sở 2 Ông Phạm Đức Hùng Tại Xã Hương Lung – Huyện Cẩm
Khê – Tỉnh Phú Thọ năm 2016“ nhằm tìm ra giải pháp để có thể áp dụng
được phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas cho các hộ gia
đình và trang trại chăn nuôi để giải quyết vấn đề ô nhiễm từ chất thải chăn
nuôi, đồng thải đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp, chăn

nuôi Việt Nam.
1.2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài.
- Thông qua việc điều tra phân tích về hầm Biogas áp dụng tại trang
trại Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung – Huyện Cẩm Khê – Tỉnh Phú
Thọ để đưa ra những hiệu quả mà hầm Biogas đem lại.
- Phát hiện những khó khăn và đưa ra biện pháp khắc phục và hạn chế
của những khó khăn đó.
- Nâng cao sử hiểu biết của người chăn nuôi trong việc sử dụng hầm
Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi.
- Yêu cầu: số liệu thu thập phải khách quan, trung thực, chính xác.
Đánh giá được hiệu quả sử dụng hầm Biogas. Đề xuất những giải pháp, kiến
nghị phải có tính khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế của trang trại.
1.3 Ý nghĩa của đề tài.
- Ý nghĩa khoa học: nâng cao kiến thức và kỹ năng , rút ra kinh nghiệm
thực tiễn phục vụ công tác bảo vệ môi trường, vận dụng, phát huy và nâng cao
kiến thức đã được học.


3
- Ý nghĩa trong thực tiễn: đánh giá được hiệu quả xử lý chất thải chăn

nuôi của hầm Biogas ở trang trại Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung –
Huyện Cẩm Khê – Tỉnh Phú Thọ. Từ đó, có cơ sở để áp dụng hầm Biogas cho
các hộ gia đình, trang trại chăn nuôi, có các biện pháp quản lý và sử dụng
hầm Biogas trong xử lý chất thải tại gia đình,trang trại và các nơi khác.


4
Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học

2.1.1 Cơ sở lý luận.
2.1.1.1 Định nghĩa về chất thải chăn nuôi.
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế nước ta, vấn đề ô
nhiễm môi trường trở thành vấn đề bức thiết hiện nay. Một trong những
nguồn chất thải gây ô nhiễm môi trường là chất thải từ chăn nuôi. Việc quản
lý và sử dụng các nguồn chất thải chăn nuôi còn rất nhiều bất cập.
Chất thải chăn nuôi được phân thành ba loại: chất thải rắn, chất thải
lỏng và chất thải khí bao gồm CO2, NH3 . . .Trong đó, chỉ một phần nhỏ chất
thải rắn được ủ làm phân bón, một phần được sử dụng trực tiếp tưới cho hoa
màu và nuôi cá.
2.1.1.2 Phân loại chất thải chăn nuôi .
- Chất thải lỏng bao gồm: nước tiểu, nước tắm cho vật nuôi, nước rửa
chuồng…
- Chất thải rắn bao gồm: chủ yếu là phân, xác xúc vật, thức ăn dư thừa
của vật nuôi, vật liệu lót chuồng trại và các chất thải có độ ẩm từ 50% - 83%
với tỷ lệ NPK cao.
- Chất thải khí bao gồm: các khi như CO2, NH3, N2O, mùi hôi chuồng
nuôi hỗn hợp khí được tạo ra bởi quá trình phân hủy kỵ khí và hiếu khí của
các chất thải chăn nuôi, quá trình thối rữa cúa các chất hữu cơ trong phân,
nước tiểu gia súc hay thức ăn thừa sẽ sinh ra các khí độc hại và các khí có mùi
hôi thối.
Một số trang trại lớn đã có biện pháp xử lý chất thải ở một số trang trại
vẫn chưa được quan tâm. Đặc biệt, chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý
chất thải gần như bị thả nổi. Một số nguyên nhân là do người dân chưa hiểu rõ
tầm quan trọng của việc xử lý nguồn chất thải; kinh phí phục vụ cho việc xử


5
lý còn thấp; luật xử lý chất thải chưa đồng bộ và khó áp dụng; chăn nuôi nhỏ
lẻ cũng là một trong những nguyên nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải

chăn nuôi gặp nhiều khó khăn.
2.1.1.3 Ảnh hưởng của Chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm cho môi
trường.
+ Chất thải chăn nuôi thể làm nguy hại đến độ phì đất, có thể gây ô
nhiễm đất.
+ Làm phú dưỡng nước, ô nhiễm nước mặt, nước ngầm.
+ Chất thải chăn nuôi còn phát thải vào khí quyển nhiều khí nhà kính
như CO2; NH3; N2O.
+ Gây mùi khó chịu, ảnh hưởng tới sức khỏe các hộ dân xung quanh.
2.1.1.4 Nguyên nhân chủ yếu gây ra ô nhiễm.
+ Phần lớn các hộ chưa xây dựng được hệ thống xử lý chất thải khép
kín.
+ Trang trại nằm cách khu dân cư nhưng công nghệ xử lý chất thải
phần lớn vẫn là chôn lấp do thiếu kinh phí và công nghệ.
+ Đa số chăn nuôi nhỏ lẻ thiếu sự quy hoạch tổng thể của địa phương
dẫn đến sự phát triển manh mún, thiếu sự đầu tư, gây ô nhiễm môi trường [5].
2.1.1.5 Lợi ích của chất thải chăn nuôi.
2.1.2 Cơ sở thực tiễn.
2.1.2.1 Chế phẩm EM sinh học.
EM (Effective Microorganisms) là các vi sinh vật hữu hiệu. Do Gs.Ts
Teruo Higa – Trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng
tạo và áp dụng vào đầu năm 1980. Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi
sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn
lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ
2.000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ


6
lên men. Gồm 5 nhóm vi sinh vật: vi khuẩn Bacillus, vinh khuẩn quang hợp,
vi khuẩn Lactic, nấm men, xạ khuẩn.

Tác dụng của chế phẩm EM
+ Tăng sức khỏe vật nuôi, tăng sức đề kháng và khả năng chống chịu
đối với các điều kiện ngoại cảnh.
+ Tăng cường khả năng tiêu hóa và hấp thụ các loại thức ăn.
+ Kích thích khả năng sinh sản.
+ Tăng sản lượng và chất lượng chăn nuôi.
+ Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, hạn chế sự ô nhiễm trong chuồng trại
chăn nuôi.
Có nhiều cách sử dụng chế phẩm EM trong chăn nuôi: trộn cùng thức
ăn, nước uống vật nuôi, phun quanh chuồng trại, đưa vào bồn chứa phân [1].
2.1.2.2 Sử dụng Zeolit (SiO2).
- Zeolit là loại vật liệu không gây độc đối với người và vật nuôi có ứng
dụng hiệu quả trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp, chăn nuôi,
bảo vệ môi trường…
- Zeolit được sản xuất dưới dạng bột hoặc viên xốp từ cao lanh tự nhiên
có sẵn ở Việt Nam. Nhờ có cấu trúc nên các lanh bị phá vỡ hoàn toàn và tự
chúng sắp xếp lại tạo thành lỗ rỗng, nên có khả năng hấp phụ các ion kim
loại, amoni, chất hữu cơ độc hại lơ lửng trong nước và tự chìm xuống đáy.
- Ngoài ra, còn sử dụng loại sản phẩm này để trộn lẫn với phân bón tạo
ra một loại phân bón hủy chậm, vừa có tác dụng tiết kiệm nguồn phân bón,
giữ độ ẩm mà còn có tác dụng điều hòa pH cho đất.
2.1.2.3 Dùng thực vật.
- Cây muỗi nước (cần tây nước) là cây bản địa vùng Đông Nam Á, thân
và lá có thể ăn sống hoặc chín như một loại rau. Nó sinh sản theo cách phân
chia rễ và sinh trưởng tốt trong môi trường nước nông cho tới 20 cm.


7
- Cây bèo lục bình (bèo nhật bản) có nguồn gốc Nam Mỹ, sinh trưởng
và phát triển nhanh, khỏe và nổi trên mặt nước.

- Ngoài ra còn có cây thủy trúc, rau muống cũng có thể xử lý chất thải
chăn nuôi.
- Các cây thủy sinh này có thể thu hoạch và dùng làm phân hữu cơ.
2.1.2.4 Mô hình VAC.
VAC (vườn - ao - chuồng) là phương pháp hữu hiệu và bền vững để xử
lý chất thải chăn nuôi tiến tới nền công nghiệp sạch. Gắn kết chặt chẽ trồng
trọt và chăn nuôi vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa sử dụng ít phân bón
hóa học, tiết kiệm năng lượng và đây là mô hình dễ áp dụng đối với chăn nuôi
quy mô trang trại.
2.1.3 Phương Pháp Biogas Trong Xử Lý Chất Thải Chăn Nuôi.
2.1.3.1 Khái niệm chung.
- Khái niệm: Biogas hay khí sinh học hỗn hợp là khí metan (CH4) và
một số khí khác phát sinh từ sự phân hủy các vật chất hữu cơ. Metan cũng là
một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 25 lần hơn khí Cacbonic (CO2). Theo
ước tính Bộ năng lượng Hoa kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể
tạo ra khí sinh học để dùng trong vẩn chuyển thì năng lượng này có thể làm
giảm 500 triệu tấn khí Cacbonic hàng năm, tương đương với số lượng 90 triệu
xe dùng trong một năm.
- Thành phần: Biogas có thành phần CH4 (50,60%) và CO2 (>30%) còn
lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO… được thủy phân trong
môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 – 400C, nhiệt trị thấp của CH4
là 1012 Btu/ft3 (37,71.103J/m3) do đó có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong. Để sử dụng Biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý
Biogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể
ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất
độc. hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn
lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas [10].


8

2.1.3.2 Một số hầm Biogas sử dụng trong xử lý chất thải.
- 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. Có hai loại Biogas theo hai khu vực: khu vực nông thôn và khu vực
công nghiệp.
Khu vực nông thôn hầu hết các hầm Biogas được áp dụng ở các nước
đang phát triển là những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên
liệu bổ sung thường xuyên. Hầm Biogas được xậy dựng cho các hộ gia đình
riêng biệt.
Loại 1: Biogas có nắp vòm cuốn.
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
hủy nhưng chiều ngang của lối vào và lối ra là bằng nhau.
Cấu tạo bao gồm:
+ Ngăn trộn: là nơi mà nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau
trước khi vào ngăn phân hủy.
+ Ngăn phân hủy: là nơi mà phân và nước từ găn trộn được lên men và
sinh ra khí ga. Ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lượng khí ga được sinh ra trước 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 hủy, khi sử dụng khí
ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào
ngăn phân hủy để đẩy khí ga ra. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đường ống thoát ở đáy hầm, khi cổng của hầm lưu trữ mở ra thì
phân và nước sẻ đẩy phần cặn ở đáy hầm qua đường ống này.


9
+ Ngăn chứa và lọc cát: thu phần cặn lắng có thể sử dụng được như là

phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường.
+ Ga tích lũy được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân hủy
chảy ngược lại vào ngăn phân hủy và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống
này được gọi là hệ thống động lực. Nó sẽ hoạt động thường xuyên nếu không
có rò rỉ hoặc quá trình lên men được kiểm soát. Hầm Biogas đảm bảo tiêu
chuẩn có thể hoạt động hơn 10 năm.
Cấu tạo của các hầm Biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể xây dựng
theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng.
Trên đây là mô hình những hầm Biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực
tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng ngay khi
vào nông thôn Việt Nam. Mô hình hầm Biogas phổ biến trong thực tế.
Đối với hầm xây dành riêng cho các hộ gia đình, các hầm này có 5 bộ
phận như sau:
+ Bộ phận phân hủy: là nơi chưa nguyên liệu và đảm bảo những điều
kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy kỵ khí xẩy ra. Đây là bộ phận chủ yếu
của hầm, còn gọi là thể tích phân hủy.
+ Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân hủy được thu và chứa
tại đây. Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín.
+ Lối vào: là nơi để nạp nguyên liệu bổ xung vào để phân hủy.
+ Lối ra: nguyên liệu sau khi đã phân hủy được lấy ra (bã thải) qua đây
để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
+ Lối lấy khí: khí được đưa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua lối
lấy khí này.
Về cơ bản thì cấu tạo của Biogas luôn có 5 bộ phận cơ bản trên. Khi
xây dựng nhà vệ sinh được liên kết với các hầm Biogas và cũng được phổ hóa
cho việc xử lý chất thải con người. Vì vậy, nhiều mô hình Biogas được xây


10
dựng liên kết với nhiều hộ gia đình riêng biệt như một khu chung cư nhưng

điều này cần sự quản lý chặt chẽ.
Hạn chế của mô hình này khi ứng dụng vào Việt Nam là: bản vẽ thiết
kế phức tạp, khi xây dựng khó khăn vì đòi hỏi chính xác cao, trong khi trình
độ thợ xây ở các vùng nông thôn hiện nay rất hạn chế. Do vậy, việc phổ cập
và nhân rộng để phát triển mô hình có khó khăn. Khi diễn ra quá trình phân
hủy, áp lực ga trong hầm lớn nên chỉ cần một vết nức nhỏ của hầm có thể làm
cho ga bị thất thoát hoàn toàn. Đồng thời lớp váng xuất hiện và phát triển gây
trở ngại, khó khăn lớn cho sự phân hủy trong hầm. Hầm phân hủy thường xẩy
ra hiện tượng thiếu nước, hiệu quả sản xuất ga thấp. Giá xây dựng hầm
Biogas so với mức thu nhập vùng nông thôn hiện nay là khá cao từ 4 – 5 triệu
đồng/1 hầm 7 m3.
Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo.
Mô hình này được du nhập từ cô-lôm-bia. Được cấu tạo bởi 2 – 3 lớp
túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 – 10 m, đường kính 1.4m được đặt
nửa nổi nửa chìm trên mặt đất. túi này được gắn với hệ thống sành tạo đầu
vào đầu ra.
Túi dự trữ 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:
+ Dễ bị thủng do các tác động cơ học
+ Vật liệu chất dẻo dễ bị lão hóa dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời.
+ Chiếm diện tích đất.
Hai loại hình cơ bản trên được giới thiệu dùng để sử dụng cho quy mô
hộ gia đình ở nông thôn. Khi Biogas đã rất phát triển có thể hướng tới xây
dựng Biogas thành các nhà máy ở nông thôn tại các khu vực có tiềm năng, có


11
7 loại hình nhà máy Biogas khác nhau chính thức được ghi nhận bởi MNES
(Bộ Năng Lượng và Các Nguồn Năng Lượng Mới) đó là:

- Nhà máy hình trống nổi với một xilanh phân hủy.
- Nhà máy hình vòm cố định với bể xây bằng gạch.
- Nhà máy hình trống nổi với bể phân hủy bán cầu.
- Nhà máy hình vòm cố định với một bể phân hủy bán cầu.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng sắt góc cạnh và phôi nhựa.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng bê tông gia cố phức hợp tiền chế.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng sợi tủy tinh gia cố.
Những loại hình này muốn đưa vào sử dụng cần sự bảo trợ của các cấp
chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì mới đủ khả năng được
công nhận chính thức.
Đối với lĩnh vực công nghiệp có thể sử dụng Biogas để xử lý chất thải,
Biogas được thu từ các nhà máy chưng cất.
Trong khi sản xuất cồn từ mật đường khoảng từ 12 – 15 lít chất thải
được tạo ra cho mỗi lít cồn. Chất thải này là một trong những chất thải màu
nâu nặng nề phức tạp nhất chứa hàm lượng BOD và COD rất cao, Ngoài ra
hàm lượng pH thấp và rất đậm màu. Chất thải ngoan cố này rất khó xử lý
bằng những công nghệ xử lý đã được biết đến. Hệ thống xử lý được các công
ty chưng cất áp dụng cho khâu tiền xử lý là phân hủy kỵ khí với việc thu nhận
Biogas được tiếp nối bởi khâu xử lý thứ cấp là hiếm khí. Việc tiền xử lý sẽ
dẫn đến kết quả tạo ra Biogas.
Qui trình công nghệ có thể được thiết kế cho chất thải có nồng độ cao
hơn như chất thải từ những nhà máy chế biến dược phẩm, nhà máy bia, nhà
máy giấy…


12
Công nghệ thu khí Biogas sẽ còn được phát triển hơn nữa thành công
nghệ khí vi sinh. Hơn 1000 triệu dân cư với tốc độ tăng trưởng cao là nguồn
thích hợp để sản xuất khí vi sinh, nguyên liệu của nó có thể được lấy từ nhiều
chất thải như bùn nước cống. trên thực tế là hầu như 70% dân cư không sử

dụng nhà vệ sinh công cộng. Nếu tất cả các chất thải phát sinh trong đêm
được xử lý, một lượng khí vi sinh đáng kể có thể được sản xuất bên cạnh việc
duy trì môi trường sạch đẹp.
- Cơ chế hoạt động và hiệu xuất xử lý chất thải.

Quá trình thủy phân
Phân động vật

MO
Quá trình axit hóa

Quá trình lên men

MO
Quá trình axetic hóa

Khí Biogas

MO
Quá trình metan hóa

Hình 3: Sơ đồ mô tả quá trình phân hủy thành khí Biogas
Ban đầu nước và phân được trộn lẫn với nhau trong ngăn trộn, sau đó
được chuyển sang ngăn phân hủy. Tại đây, phân và nước được lên men và
sinh ra khí ga, ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lượng khí ga được sinh ra trước 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 hủy
được thu lại, khí ga tích lũy được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn
phân hủy chảy vào ngăn áp lực. khi mở van lấy khí ga thì nước trong ngăn áp
lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân hủy và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ

13
thống này gọi là hệ thống động lực. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đường ống thoát ra ở đáy hầm, khi mở nắp ống thì phân và nước
sẽ đẩy phần ở đáy hầm ra qua ngăn chứa và lọc cát. Phần cặn lắng thu được
có thể được sử dụng như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông
nghiệp hoặc bán ra thị trường.
Nếu bảo quản và vận hành tốt hệ thống hầm Biogas không bị rò rỉ thì
có thể hoạt động được trong khoảng 10 đến 20 năm.
Giai đoạn quan trọng nhất để sinh ra khí ga được xẩy ra trong bộ phận
phân hủy. Nguyên liệu được nạp vào trộn lẫn với nước sẽ biến đổi thành các
chất hóa học khác nhau nhờ vào nhóm sinh vật khác nhau. Giai đoạn 1: phân
động vật nhờ vào nhóm sinh vật prychrophilic biến đổi thành acid hữu cơ.
Giai đoạn 2: nhờ nhóm sinh vật Mesophilic biến đổi thành acid acetic. Giai
đoạn cuối cùng sinh ra khí ga nhờ quá trình phân hủy của nhóm sinh vật
themophilic.
Sự chuyển đổi hiếm khí của chất thải nói chung có thể diễn tả như sau:
Chất hữu cơ + H2O + dinh dưỡng

tế bào mới + chất hưu cơ phân hủy +

CO2 + CH4 + NH3 + H2S + Nhiệt.
Các yếu tố liên quan đến sản xuất Biogas cần được chú ý và thực hiện
đúng:
Phân động vật tức là nguyên liệu cần phải được bổ sung hàng ngày với khối
lượng phân đầy đủ tương ứng thể tích của hầm.
Thời gian gây men và thời gian phân hủy vào khoảng 40 – 60 ngày.
Trong khoảng thời gian này cần chú ý các điều sau: thỉnh thoảng phải khuấy
trộn để hỗ trợ cho quá trình phân hủy, đặc biệt tránh các loại hóa chất như

thuốc kháng sinh, kiểm soát sâu bệnh, phân hóa học hoặc các sản phẩm hóa
học bị trôi vào hầm Biogas. Quá trình duy trì ở nhiệt độ lý tưởng cho sinh vật
hoạt động là 370C, tuy nhiên quá trình phân hủy và tạo nhiệt vẫn tốt ở nhiệt


14
độ trên 15 – 200C. Độ pH cân bằng tốt nhất là vào khoảng 7 – 8.5, nếu độ pH
thấp hơn thì khí ga sẽ không sản sinh.
Đối với hiệu xuất xử lý của hầm Biogas: mỗi hầm Biogas tương ứng
với mỗi thể tích khác nhau, tùy thuộc vào loại và số lượng gia súc mà hộ gia
đình đó có,cần tính toán cụ thể để tránh lãng phí trong xây dựng và tính tới
chất lượng của hầm.
2.1.4 Quá trình sản sinh khí sinh học.
2.1.4.1 Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí.

- Khí sinh học có thể thu được từ bất kỳ chất thải hữu cơ nào và giải
phóng được một lượng khí biogas từ 0.4 – 0.6 m3/kg nguyên liệu hữu cơ khô.
Phân gia súc có thể được dùng làm “chất mồi” ban đầu, phối trộn với các chất
thải thực vật, ứa động quy trình kỹ thuật dưới tác dụng của vi sinh vật (VSV)
yếm khí sẽ cho khí Biogas và phân hữu cơ sinh học.
- Các nguyên liệu chứa lignhin như rơm rạ nên băm nhỏ và pha trộn
trước khi đưa vào hầm ủ để phân hủy.
- Sản lượng khí hằng ngày của 1 số loại nguyên liệu.
Bảng 2.1 Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu
Loại nguyên liệu

Sản lượng khí hàng ngày
(lít/kg/ngày)

Phân bò

15 – 32

Phân trâu

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 – 2.0
(Nguồn: Báo Nông Nghiệp Việt Nam, 2009) [9].


15

Quy trình phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ diễn ra theo 3 giai
đoạn sau:
+ Giai đoạn thủy phân (hydrolysis)
+ Giai đoạn axit hóa (acidgensis)
+ Giai đoạn metan hóa (methanogenesis)
Ba giai đoạn này không hoàn toàn tách bạch mà đan xen lẫn nhau.
* Giai đoạn thủy phân: một nhóm vi khuẩn biến đổi các chất hữu cơ
phức tạp không tan trong nước như xenlulozo. Hemixenlulozo, hicnin thành
các chất hữu cơ đơn giản và tan được như gluczo. Các vi khuẩn tham gia
trong giai đoạn này được gọi là vi khuẩn thủy phân.
* Giai đoạn sinh axit: các chất đơn giản được sinh ra giai đoạn đầu tiếp
tục được phân giải thành axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như axit
axetic, axit propionic… các andehyl, rượu và một số khí như nitơ hidro… các
vi khuẩn tham gia gọi là vi khuẩn sinh axit. Tiếp đến là quá trình sinh axenton
để tạo ra H2. Axit axetic và CO2. ở giai đoạn này sinh nhiều axit nên pH của
môi trường giảm mạnh.
* Giai đoạn sinh metan: đây là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình,
các sản phẩm của giai đoạn hai cực được bến thành khí metan là tạo ra CH4 và
CO2. Các vi khuẩn tham gia quá trình được gọi là vi khuẩn sinh metan, các
loại quan trọng nhất là methanobacterium arbophilicum, M.fomicum,
M.ruminantum, M.mobile…
Trên thực tế, 3 quá trình trên hoạt động cùng một lúc, liên tục và đồng
bộ như một dây chuyền sản xuất. Nó ảnh hưởng lẫn nhau, vì thế một giai đoạn
bất thường sẽ kìm hãm, thậm chí còn gây tê liệt cả hệ thống.
2.1.4.2 Các nguyên liệu để sản xuất khí sinh học.
* Nguyên liệu có nguồn gốc động vật.
Trong loại này bao gồm: phân gia súc, gia cầm, phân bắc, các bộ phận
cơ thể động vật xác động vật chết, rác và nước thải của lò mổ, cơ sở chế biến
thủy, hải sản.

16
Phân trâu, bò, lợn phân hủy nhanh hơn phân gia cầm, phân bắc nhưng
sản lượng khí của phân gia cầm, phân bắc lại cao hơn.
* Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật.
Bao gồm lá và thân cây như: phụ phẩm cây trồng rơm, rạ, thân lá ngô,
khoai, rác sinh hoạt hữu cơ, rau, củ, quả, lương thực, cỏ và các loại cây xanh
hoang dại: rong, bèo, cây phân xanh.
2.1.5 Lợi ích của công nghệ khí sinh học.
2.1.5.1 Những lợi ích kinh tế của công nghệ khí sinh học (Biogas).
Lợi ích từ sử dụng khí sinh học: sản sinh năng lượng phục vụ sản xuất
ở các vùng nông thôn.
- Đun nấu: cần 10 – 15kg phân lợn hàng ngày để sản xuất khí ga, đủ
cung cấp nhiên liệu đun nấu cho gia đình 3 – 4 người.
- Thắp sáng.
- Chạy động cơ đốt trong: số liệu các nước cho thấy lượng khí tiêu thụ
khoảng 0,45 – 0,54m3/mã lực x giờ hay 0,6 – 0,75m3/KWh điện [4].
- Các ứng dụng khác: sưởi ấm, ấp trứng, sưởi gà con, chạy tủ lạnh, bảo
quản nông sản.
2.1.5.2 Lợi ích từ sử dụng bã thải.
- Xử lý chất thải chăn nuôi, tạo nguồn phân hữu cơ, giảm sử dụng phân
hóa học.
- Lợi ích về trồng trọt: bã thải trông hầm khí sinh học sau khi được xử
lý có hàm lượng đạm và nitơ lớn rất tốt dùng làm phân bón trong sản xuất
nông nghiệp:
+ Tăng năng suất cây trồng: ở Trung Quốc dùng bã thải bón cho lúa trong
hai năm liền từ 1980 tới 1982 năng suất tăng 6,1 – 19,2% so với không dùng.
+ Hạn chế sâu bệnh và cỏ dại: theo kinh nghiệm của một số kỹ thuật
viên khí sinh học của dự án (chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi

17
Việt Nam) thì phân khí sinh học có thể ức chế bệnh khô vằn, hạn chế sâu đục
thân, bọ rầy xanh, rầy nâu.
+ Cải tạo đất: ở Trung Quốc sau 3 năm bón phân khí sinh học cho 106 ha
(1982 – 1986) hàm lượng chất hữu cơ trong đất tăng từ 1,3% - 1,7%, năng suất
gấp đôi đạt 18,7 tấn/ha giảm lượng phân bón hóa học sử dụng cho mỗi vụ.
- Lợi ích về chăn nuôi:
+ Vệ sinh chuồng trại: chuồng trại sạch sẽ, giảm mùi hôi.
+ Dùng bã thải làm thức ăn gia súc: bổ sung cho lợn, cá.
- Lợi ích về thủy sản: dùng bã thải cho cá ăn có hiệu quả cao hơn phân
chuồng.
- Lợi ích khác: xử lý hạt giống, nuôi giun đất, trồng nấm.
2.1.5.3 Lợi ích về vệ sinh môi trường.
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở vùng nông thôn: cải thiện vệ sinh
môi trường, giảm mầm bệnh, trứng giun và ruồi muỗi.
- Bảo vệ nguồn tự nhiên, giảm chặt phá rừng, giảm ô nhiễm nguồn nước.
- Cải thiện bảo vệ đất.
- Giảm thải khí nhà kính.
2.1.5.4 Lợi ích về xã hội.
- Giải phóng phụ nữ, trẻ em, nâng cao trình độ văn minh. Ngoài ra,
công nghệ khí sinh học còn góp phần hiện đại hóa nông thôn… rác thải cũng
tỷ lệ thuận tăng theo. Cùng giải quyết 2 vấn đề này cùng một lúc sẽ là một bài
toán khó, cần thiết không những thế hệ hôm nay mà cả thế hệ mai sau cùng
chung tay giải đáp để cứu vớt thế giới này ngày một tốt đẹp hơn. Lợi ích từ
việc tìm ra nguồn năng lượng sạch sẽ mang lại những thành quả lớn cho xã
hội loài người. Trên con đường đi giải đáp những vướng mắc đó thì khí sinh
học – Biogas – chính là một trong những đáp án cho bài toán đang được giải
và công nghệ khí sinh học ngày một hoàn thiện và phát triển. Công nghệ này

18
phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới. Tại Việt Nam, với nguồn nguyên
liệu dồi dào cộng với nhận được sự ưu ái từ các chương trình dự án, Biogas
đã trở thành một mô hình phát triển ở nhiều nơi như: Hà Nội, Hà Nam, Hải
Dương, Thái Nguyên [6].
2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
2.2.1 Trên thế giới.
Cuối những năm 1890 đánh dấu sự xuất hiện của một loại bể chứa phân
được đậy kín bởi việc đăng ký bản quyền của Louis ,Mouras (ở Pháp). Đến
năm 1930, phân hủy hiếm khí các phế thải nông nghiệp để tạo ra khí ga bắt
đầu xuất hiện. Phong trào này phát triển mạnh ở Pháp và Đức vào những năm
1940 (khoảng thời gian diễn ra chiến tranh thế giới thứ 2). Những năm 1960,
quá trình ủ lên men tạo khí ga chỉ được chú trọng áp dụng để xử lý phân động
vật. Nhưng đến năm 1970 khi cuộc khủng hoảng năng lượng xẩy gia đã tạo
tiền đề cho việc phát triển phân hủy yếm khí phân thải để sản xuất ra khí đốt.
Một số công trình nghiên cứu và kết quả thành công đánh dấu sự phát triển
này là:
- Cuốn sách sản xuất metan từ phân lợn bằng quá trình Mesophilic của
tác giả Humenik và cộng sự, năm 1979.
- Tài liệu về phân hủy yếm khí của Hội nghị quốc tế về chất thải chăn
nuôi, năm 1980.
Tuy nhiên, những năm sau đó mối quan tâm giành cho công nghệ
Biogas bị suy giảm do giá thành của nhiên liệu tạo ra thấp và do gặp phải một
số vấn đề kỹ thuật với bể ủ Biogas. Mối quan tâm này chỉ thực sự được phục
hồi vào những năm 1990, được đánh dấu bởi:
- Chương trình AgSTAR của Mỹ về xử lý chất thải và sản xuất năng
lượng: kết quả là 75 hệ thống ủ cho các trại nuôi lợn và trại sản xuất bơ sữa.