Đánh giá hiệu quả bể biogas plastic nổi trong xử lý chất thải trại lợn tân thái, huyện đồng hỷ, tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------

NÔNG XUÂN VƯƠNG
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ BIOGAS PLASTIC NỔI
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI TRẠI LỢN TÂN THÁI
HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khóa học

: Chính quy
: Khoa học Môi trường
: Môi Trường
: 2013 – 2017

Thái Nguyên, năm 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------

NÔNG XUÂN VƯƠNG
Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ BIOGAS PLASTIC NỔI
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI TRẠI LỢN TÂN THÁI
HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành
Lớp

: Khoa học Môi trường
: K45 – KHMT - N04

Khoa
: Môi Trường
Khóa học
: 2013 – 2017
Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Văn Điền

Thái Nguyên, năm 2017


i
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn “Đánh giá hiệu quả bể
biogas plastic nổi trong xử lý chất thải Trại lợn Tân Thái, Huyện Đồng Hỷ,
Tỉnh Thái Nguyên” em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ các cơ quan, các

tổ chức và các cá nhân. Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập
thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện nghiên
cứu luận văn này.
Trước hết em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học
Nông lâm Thái Nguyên, Khoa Môi trường, cùng các thầy cô giáo, những người
đã trang bị kiến thức cho em trong quá trình học tập.
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất,em xin trân trọng cảm ơn
Thầy giáo, PGS.TS. Trần Văn Điền đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học
và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này.
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn trang trại, các cán bộ công nhân viên của
trang trại Tân Thái đã giúp đỡ, cung cấp thông tin, số liệu cho em trong suốt quá
trình thực hiện nghiên cứu luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình UBND xã Hóa Thượng - huyện
Đồng Hỷ - tỉnh Thái Nguyên đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong thời
gian thực tập tại trang trại.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, và đề tài mang tính mới, luận văn của
em chắc hẳn không thể tránh khỏi những sơ suất, thiếu sót, em rất mong nhận
được sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2017
Sinh viên
NÔNG XUÂN VƯƠNG


ii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu ...................... 10
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật ..................... 13
Bảng 2.3: Thành phần của KSH ....................................................................... 13

Bảng 2.4: Tỷ lệ C/N của một số loại phân ........................................................ 13
Bảng 2.5: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí ....... 14
Bảng 3.1: Một số chỉ tiêu phân tích nước thải trước và sau xử lý biogas .......... 30
Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu phân tích nước mặt ao bèo ...................................... 30
Bảng 4.1: Số lượng đàn tại trang trại ................................................................ 34
Bảng 4.2. Công suất nước thải.......................................................................... 37
Bảng 4.3. Kết quả phân tích của một số chỉ tiêu nước thải chăn nuôi trước và sau
khi sử lý bằng Biogas ngày 17/4/2017 ................................................ 38
Bảng 4.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nước mặt ao bèo........................... 44


iii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.2. Hình ảnh minh họa ........................................................................... 19
Hình 2.3. Mô hình Biogas trong thực tế ........................................................... 21
Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải của trang trại ..................................... 36
Hình 4.2: Biểu đồ so sánh hàm lượng COD đầu vào và đầu ra của bể Biogas . 40
Hình 4.3: Biểu đồ so sánh hàm lượng BOD5 đầu vào và đầu ra của bể Biogas .. 41
Hình 4.4: Biểu đồ so sánh hàm lượng NTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .... 42
Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng PTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .... 43


iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD

: Biochemic Oxygen Demand

BTNMT

: Bộ tài nguyên môi trường

BVMT

: Bảo vệ môi trường

COD

: Chemical Oxygen Demand

QCVN

: Quy chẩn Việt Nam

KSH

: Khí Sinh Học

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn
TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

THCS

: Trung học cơ sở

UBND

: Ủy ban nhân dân

VAC

: Vườn ao chuồng

VSMTNT

: Vệ sinh môi trường nông thôn

VSV

: Vi sinh vật


v
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................... iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv
MỤC LỤC ........................................................................................................ v
PHẦN I. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1
1.2. Mục tiêu ...................................................................................................... 2
1.3. Yêu cầu của đề tài ....................................................................................... 2
1.4. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................ 3
PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4

2.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi ................................................................ 4
2.1.2. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi .................................................. 4
2.1.3. Phân loại chất thải chăn nuôi .................................................................... 5
2.1.4. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi ......................................... 6
2.1.5. Ứng dụng của chất thải chăn nuôi ............................................................. 7
2.2. Biogas và công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi ....................... 8
2.2.1. Khái niệm Biogas ..................................................................................... 8
2.2.2. Đặc tính Biogas ........................................................................................ 9
2.2.3. Khái niệm Công trình Khí Sinh Học: ........................................................ 9
2.2.4. Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí Biogas .................................. 9
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh Biogas .................................... 11
2.2.6. Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất ................................... 15
2.2.7. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas ................... 16


vi
2.2.8. Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam .................................................. 18
2.3. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới và ở Việt Nam .............................. 22
2.3.1. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới ................................................... 22
2.3.2. Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam .................................................. 24
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 29
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 29
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 29
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 29
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu .............................................................. 29
3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 29
3.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 29
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 32
4.1. Điều kiện cơ sở vật chất và tình hình sản xuất chăn nuôi lợn tại Trại Lợn
Tân Thái ........................................................................................................... 32

4.1.1. Điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật của Trại lợn Tân Thái ......................... 32
4.1.2. Tình hình sản xuất chăn nuôi lợn tại Trại Lợn Tân Thái ......................... 33
4.2.3. Cơ cấu tổ chức của Trại lợn Tân Thái ..................................................... 35
4.3. Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại
trang trại lợn Tân Thái...................................................................................... 35
4.3.1.Hiện trạng nước thải từ trang trại. ............................................................ 35
4.3.2. Hệ thống xử lý chất thải Trại lợn Tân Thái. ............................................ 36
4.3.3. Nguyên tắc vận hành .............................................................................. 37
4.2.Công suất nước thải .................................................................................... 37
4.3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi của bể Biogas ................... 38
4.3.5. Đánh giá môi trường nước mặt ao( ao bèo)............................................. 44


vii
4.3.6. Đánh giá hiệu quả đối với môi trường từ việc sử dụng Biogas tại trang
trại. 45
4.3.7. Đánh giá hiệu quả từ việc sử dụng Biogas tại trang trại .......................... 46
4.4.Những khó khăn thuận lợi và đề xuất một số giải pháp khắc phục và nâng
cao hiệu quả sử dụng Biogas ............................................................................ 47
4.4.1. Những thuận lợi...................................................................................... 47
4.4.2.Những khó khăn ...................................................................................... 48
4.4.3. Đề xuất một số giải pháp và nâng cao hiệu quả sử dụng Biogas. ............ 48
PHẦN 5. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ............................................................... 51
5.1. Kết luận ..................................................................................................... 51
5.2. Kiến nghị................................................................................................... 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 53


1
PHẦN I

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện đang giữ vai trò chủ
đạo,sự phát triển của ngành trồng trọt đã góp phần thúc đẩy ngành chăn nuôi
phát triển và giữ vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp.Tuy nhiên việc
tăng trưởng chăn nuôi một cách nhanh chóng đã gây ra không ít tác động tiêu
cực đến môi trường do chất thải trong chăn nuôi.Việc tìm giải pháp phù hợp
để xử lý chất thải sau chăn nuôi trước khi thải ra môi trường là hết sức cần
thiết cho sự phát triển nông nghiệp bền vững.Ở nước ta,việc nghiên cứu các
ứng dụng rộng rãi,công nghệ khí sinh học là một trong những giải pháp chủ
yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường ,cung cấp nguồn chất đốt ,tiết
kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Theo Cục chăn nuôi Bộ
Nông Nghiệp và Phát Triển nông thôn (NN&PTNT),mỗi năm nghành chăn
nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 – 85 triệu tấn chất thải ,với phương
thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua
xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Hiện nay, hình thức chăn nuôi truyền thống như chuồng trại gần nhà,
thậm chí ở một số nơi nuôi gia súc gia cầm trong nhà, chất thải chăn nuôi
trược tiếp thải ra môi trường khi chưa qua xử lý , không những gây mùi hôi
khó chịu, gây ô nhiễm môi trường xung quanh mà còn gây mất vẻ mỹ quan
môi trường. Phân và nước thải từ các hộ chăn nuôi thải ra môi trường chưa
qua xử lý trở thành mối đe dọa trực tiếp tới sức khỏe con người và cả vật nuôi
và đó còn là môi trường lý tưởng cho ruồi nhặng phát triển. Mật độ ruồi
nhặng cao gây ra những bất tiện trong sinh hoạt, chúng còn là những kí chủ
trung gian truyền nhiều bệnh truyền nhiễm hết sức nguy hiểm cho con người,
vật nuôi. Bên cạnh đó, mùi hôi thối của phân gia súc, gia cầm cũng là mối
phiền toái đáng kể không những cho chính hộ chăn nuôi mà còn ảnh hưởng
đến các hộ dân sống gần khu vực chăn nuôi.

2
Trước thực trạng đó, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền
vững đòi hỏi phải có các biện pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi hữu
hiệu. Thực tế, có rất nhiều dự án nghiên cứu của nhiều tổ chức, cá nhân về
việc giải quyết chất thải từ hoạt động chăn nuôi để giảm nguy cơ ô nhiễm
cũng như tận dụng lại chất thải chăn nuôi làm nguồn nguyên liệu phục vụ cho
các hoạt động nông nghiệp khác. Trong đó, việc tận dụng chất thải chăn nuôi
để tạo ra biogas được coi là một biện pháp hiệu quả nhất, không những giảm
được nguy cơ ô nhiễm, giải quyết được bài toán năng lượng phục vụ cho sinh
hoạt mà còn là giải pháp kinh tế cho những người dân ở nông thôn. Tuy
nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống đã gặp phải không ít
khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm. Xuất phát từ những yêu cầu
trên, em tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá hiệu quả bể Biogas Plastic nổi
trong xử lý chất thải Trại lợn Tân Thái, Huyện Đồng Hỷ, Tỉnh Thái
Nguyên ’’ hướng đến mục tiêu mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng công
nghệ Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi, đem lại lợi ích kinh tế, nhằm góp
phần giải quyết vấn nạn ô nhiễm đang đe dọa môi trường, đáp ứng yêu cầu
phát triển nông nghiệp bền vững và xây dựng nông thôn mới ở địa phương.
1.2. Mục tiêu
Đánh giá được hiệu quả xử lý môi trường của bể Biogas Plastic nổi
trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô trang trại tại trang trại lợn Tân Thái–
Huyện Đồng Hỷ – Thái Nguyên
1.3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của bể Biogas tại Trại lợn Tân Thái
- Tình hình sử dụng Biogas tại trang Trại
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử dụng Biogas tại trang trại lợn
Tân Thái.


3

1.4. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa học tập và khoa học:
+ Nâng cao kiến thức và kĩ năng , rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ
công tác bảo vệ môi trường, vận dụng, phát huy và nâng cao kiến thức đã học.
+ Kết quả nghiên cứu của để tài là cơ sở khoa học cho những nghiên
cứu tiếp theo về vật liệu và thiết kế các bể Biogas hiệu quả kinh tế và môi
trường
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho mở rộng
quy mô và phạm vi áp dụng bể Biogas Plastic nổi trong xử lý chất thải chăn
nuôi tại địa phương


4
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi
2.1.1.1. Định nghĩa về chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như
phân, nước tiểu, thức ăn thừa, xác xúc vật…. Chất thải trong chăn nuôi được
chia ra làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí. Trong chất thải
chăn nuôi có nhiều chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng kí sinh trùng có
thể gây bệnh cho động vật và con người (bộ NN&PTNT,cục nông nghiệp,
2005)[2].
2.1.1.2. Ô nhiễm môi trường
Theo định nghĩa của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) thì “Ô nhiễm
môitrường là sự đưa vào môi trường các chất thải nguy hại hoặc năng lượng
đếnmức ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con người hoặc
làm suy thoái chất lượng môi trường”.
2.1.1.3. Ô nhiễm môi trường nước
- Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất

của nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và
sinh vật.
- Theo hiến chương Châu Âu: Ô nhiễm môi trường nước là sự biến đổi
chu yếu do con người gây ra đối với chất lượng nước làm ô nhiễm nước và
gây nguy hại cho việc sử dụng, cho nông nghiệp, nuôi cấ, nghỉ ngơi, giải
trí,cho động vật nuôi cũng như các loài hoang dại.
2.1.2. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi
Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác xúc vật chết, thức ăn dư thừa
của vật nuôi, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 50% - 83% và
tỉ lệ NPK cao. Chất thải lỏng (nước thải) có độ ẩm cao hơn thường là từ 93% -


5
98% gồm phần lớn là nước thải của vật nuôi, nước rửa chuồng và phần phân
lỏng hòa tan. Chất thải khí là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá
trình phân hủy các chất hữu cơ ở dạng rắn và lỏng (Nguyễn Quang
khải...,2009) [7].
2.1.3. Phân loại chất thải chăn nuôi
- Chất thải rắn:
+ Phân: Lượng phân gia súc thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào
giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc.
+ Xác xúc vật chết: Xác xúc vật chết do bệnh là nguồn ô nhiễm chính
cần phải xử lý triệt để nhằm tránh lây lan bệnh cho người và vật nuôi.
+ Thức ăn dư thừa, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác: Loại chất
thải này có thành phần đa dạng như cám, bột cá, bột thịt, các khoáng chất bổ
sung, rau xanh, rơm rạ…Vì vậy nếu không được xử lý tốt hoặc không đúng
phương pháp thì nó sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường tác động xấu đến
sức khỏe cộng đồng xung quanh và tác hại trực tiếp đến cơ sở chăn nuôi.
- Chất thải lỏng: Trong các loại chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng
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 chất thải khó quản lý, khó sử dụng. Mặt khác 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: Mùi hôi chuồng nuôi là là hỗn hợp khí được tạo ra bởi
quá trình phân hủy kị khí và hiếu khí của các chất thải chăn nuôi, quá trình
thối rữa của 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 khó chịu. Cường độ của mùi
hôi sẽ phụ thuộc vào điều kiện mật độ nuôi cao, sự thông thoáng kém, nhiệt
độ và độ ẩm không khí cao. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi


6
tùy theo giai đoạn phân hủy chất hữu cơ tùy theo thành phần của thức ăn, hệ
thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi. Các khí này có mặt
thường xuyên và gây ô nhiễm chính, các khí này có thể gây hại đến sức khỏe
con người và vật nuôi, trong đó NH3, H2S, CH4 được quan tâm nhất. Khí NH3
và H2S được hình thành chủ yếu trong quá trình thối rữa của phân, ngoài ra
NH3 còn được hình thành từ sự phân giải urê của nước tiểu.
2.1.4. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi
- Ô nhiễm môi trường không khí: Trong chất thải chăn nuôi luôn tồn tại
một lượng lớn vi sinh vật hoại sinh. Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan
phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra các chất vô cơ: NO2, NO3, SO3, CO3 quá
trình này xảy ra nhanh không tạo mùi thối. Nếu lượng chất hữu cơ có quá
nhiều vi sinh vật 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 NH3, H2S, CH4, H2, indol…tạo mùi hôi, nước có
màu đen có váng, là nguyên nhân làm gia tăng bệnh về đường hô hấp, tim
mạch ở người và động vật(BNN&PTNT,2011)[4].
- 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 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…khi dùng nước thải chưa được xử lí người ta thấy rằng có
salmonella và trứng kí sinh trùng trong đất ở độ sâu 50 cm và có thể tồn tại
được 2 năm (Nguyễn phước Dân 2007) [5]. Bên cạnh đó việc sử dụng qua
nhiều chất kháng sinh, chất diệt trùng, chất kích thích sinh trưởng sẽ gây ảnh
hưởng đến môi trường sống của người và gia súc.


7
- Ô nhiễm nguồn nước: Khi 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 gây ảnh hưởng tới hệ vi sinh vật nước. Là nguyên nhân tạo
nên nguồn nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh
hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái. Hai chất
dinh dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước đó là Nito
và Photpho. Trong nước thải chăn nuôi có chứa một lượng lớn vi sinh vật gây
bênh và trứng kí sinh trùng, chúng tồn tại trong nước thải với thời gian là khá
lâu từ vài tháng cho đến vài năm. So với nước bề mặt, nước ngầm ít bị ô
nhiễm hơn. Tuy nhiên với quy mô chăn nuôi ngày càng tập trung, lượng chất
thải ngày càng nhiều phạm vi bảo vệ không đảm bảo thì nước thải chăn nuôi
thấm nhập qua đất đi vào mạch nước ngầm và làm giảm chất lượng nước.
Ảnh hưởng này có tác dụng lâu dài và khó có thể loại trừ.
2.1.5. Ứng dụng của chất thải chăn nuôi
- Sản xuất phân bón hữu cơ từ phân gia súc: Phân của các loại vật nuôi
là chất hữu cơ, nếu bón trực tiếp cho cây thì cây rất khó hấp thụ, bên cạnh đó
phân còn mang nhiều bệnh truyền nhiễm. Nhưng nếu phân được ủ đúng kĩ

thuật thì các chất hữu cơ sẽ chuyển sang dạng vô cơ khi đó phân sẽ có tác
dụng tốt hơn.
- Làm thức ăn thủy sản: Trong nghề nuôi cá việc xử lí và tận dụng
phân hữu cơ là một hướng có nhiều ưu điểm: giảm chi phí thức ăn cho cá
đồng thời bảo vệ môi trường khỏi bị ô nhiễm. Các chuyên gia cũng đưa ra các
kết luận sau khi nghiên cứu về vấn đề sử dụng chất thải chăn nuôi làm thức ăn
cho cá: khi nuôi cá chép thì lượng phân của 30 - 45 con lợn đủ cho diện tích
1ha mặt ao nuôi; nuôi cá rô phi thì cần 50 - 100 con cho 1ha mặt ao. Số phân
tối đa có thể dùng cho các ao nuôi cá không được vượt quá 20 tạ/ ha mặt nước


8
trên một ngày đêm, để tránh sự quá tải dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và làm cá
chết. Tuy nhiên cần chú ý sau mỗi vụ thu hoạch cá cần tẩy sạch đáy ao, phơi
khô, tiệt trùng để đảm bảo hiệu quả cho vụ nuôi tiếp theo(Nguyễn phước
Dân,2007) [5]. Áp dụng mô hình VAC chính là mô hình tận dụng vật thải môt
cách tối đa.
- Làm hầm ủ biogas: Một trong những biện pháp xử lý chất thải chăn
nuôi là ủ biogas. Nguyên lý ủ Biogas dựa trên sự phân hủy yếm khí các hợp
chất hữu cơ của vi sinh vật yếm khí, hỗn hợp khí sinh ra gồm: NH3, H2S,
CH4...trong đó CH4 là sản phẩm chủ yếu. Hầm ủ Biogas có các lợi ích: hạn
chế mùi hôi thối, hạn chế các loài ruồi, muỗi, giun sán, vi sinh vật gây bệnh
phát triển, góp phần giữ vệ sinh môi trường, vệ sinh phòng bệnh. Cung cấp
khí sinh học để đun nấu, thắp sáng, chi phí xây dụng phù hợp với khả năng
của hộ nông dân, hiện được Nhà nước hỗ trợ một phần kinh phí (Ấn phẩm
,2013)[1].
2.2. Biogas và công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi
2.2.1. Khái niệm Biogas
Biogas (khí sinh học) là một loại khí đốt sinh học được tạo ra khi phân
hủy yếm khí phân thải ra của gia súc và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông

nghiệp). Các chất thải của gia súc và các chất hữu cơ được cho vào hầm kín, ở
đó các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng thành các chất mùn và khí, khí này được
thu lại qua một hệ thống đường dẫn tới lò đốt, phục vụ sinh hoạt của gia đình.
Biogas là hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng
700ºC, nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870ºC. Thành phần của hỗn
hợp khí như sau:
- CH4 : 60 - 70%;
- CO2 : 30 - 40%;
- Hàm lượng hơi nước khoảng 30 - 160 g/m3 ;
- Hàm lượng H2S khoảng 4 - 6 g/m3 .


9
Phần còn lại là một lượng khí nhỏ N2, H2, CO, NH3,...Trong hỗn hợp
khí sinh vật ta thấy CH4 chiếm một lượng lớn và là khí được sử dụng chủ yếu
để tạo ra năng lượng khi đốt. Các chất thải sau khi được phân hủy trong hầm
kín gần như sạch và có thể thải ra môi trường, đặc biệt nước thải của hệ thống
biogas có thể dùng tưới cho cây trồng.
2.2.2. Đặc tính Biogas
Đối với khí biogas thì trọng lượng riêng khoảng 0,9 - 0,94 kg/m3 ,
trọng lượng riêng này thay đổi là do tỉ lệ CH4 với các khí khác trong hỗn
hợp. Lượng H2S chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng có tác dụng trong việc xác định
nơi hư hỏng của hầm để sửa chữa. Gas có tính dễ cháy trong không khí nếu
được hòa lẫn với tỉ lệ 6 - 25 % mới có thể cháy được (vì thế sử dụng gas này
có sự an toàn cao). Nếu hỗn hợp khí mà CH4 chỉ chiếm 60% thì 1m3 gas cần
8m3 không khí, nhưng thường khi đốt cháy tốt cần tỷ lệ gas trên không khí
từ 1/9 - 1/10[7].
2.2.3. Khái niệm Công trình Khí Sinh Học:
Là công trình bao gồm thiết bị KSH, đường ống và dụng cụ sử dụng
khí, bể lưu giữ và chế biến phân hữu cơ.

2.2.4. Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí Biogas
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 ra gia súc có thể được dùng làm “chất mồi” ban đầu, phối trộn với các
chất thải thực vật, hoạt động quy trình kỹ thuật dưới tác dụng của VSV yếm
khí sẽ cho khí biogas và phân hữu cơ sinh học:
- Các nguyên liệu chứa lignhin như rơm rạ băm nhỏ trộn với nước
trước khi cho vào ủ để phân hủy.
- Sản lượng khí hàng ngày của một số nguyên liệu:


10
Bảng 2.1. Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu
Lượng gas từ phân

Lượng phân gia súc

(lít/kg phân)

(kg/ngày)

Trâu, bò

22 – 40

5 - 15

Lợn

40 – 60

2,5 – 3,5

Gia cầm

60 - 115

0,07 – 0,09

Loài gia súc

(Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, 2005)
Quá trình hình thành khí trong hầm Biogas trải qua ba giai đoạn với
mỗi giai đoạn có sự có mặt của các chủng loại vi sinh vật khác nhau:
- Giai đoạn thủy phân cơ chất: Trong chất thải hữu cơ làm nguyên liệu
lên men metan cũng gồm các thành phần chủ yếu Hydratcacbon (chủ yếu là
Xenluloza, tinh bột), Protein, Lipit. Ở giai đoạn này các thành phần nói trên bị
phân hủy dưới tác động của men Hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình
thành các hợp chất đơn giản hơn có thể tan trong nước (các đường đơn, các
peptit, glyxerin, axit béo, axit amin …). Các vi sinh vật tham gia vào giai
đoạn này gồm Clostridium Thermocellum chuyển Xenluloza thành rượu
etylic, Hydro, CO2, chuyển Xenluboza thành axit lactic, axit axetic.
- Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ: Dưới tác động của các Enzyme
thì các chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit
Propionic, axit Butylic…), rượu etylic, rượu metylic, khí Cacbonic và khí
Hidro. Trong giai đoạn này chúng ta có thể gặp một số loài vi khuẩn sống
trong điều kiện vô cùng kị khí như là Bacteroides Suminicola, Clostridium,
Bifido Bacterium.
- Giai đoạn hình thành metan: Đây là giai đoạn quan trọng nhất vì nó là
giai đoạn hình thành khí metan, sản phẩm chủ yếu của Biogas. Dưới tác động

của các vi khuẩn các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành khí
metan, Cacbonic,Oxy, Nitơ, Hidro, Sunfua… các vi sinh vật tham gia vào quá


11
trình này là metanobacterium thermoaseticum, methanosarcina barkeri… sự
tạo thành metan có thể diễn ra theo hai các sau:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
- Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ bị phân hủy thành CH4 theo
chuỗi phản ứng sau:
R- COOH → R1COOH → CH3COOH → CH4 + O2
- Các vi sinh vật ưa ấm hoạt động nhiệt độ tối ưu là 30 - 45ºC, nhiệt độ
tối ưu đối với vinh sinh vật chịu nhiệt là 50 - 55ºC, pH thích hợp 6,5 - 8.
- Trên thực tế cả 3 quá trình trên hoạt động cùng 1 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 làm kìm hãm, thậm chí còn gây tê liệt cả hệ thống.
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh Biogas
2.2.5.1. Điều kiện kỵ khí tuyệt đối
- Là sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong hầm ủ đòi
hỏi phải ở ky khí hoàn toàn. Vì sự có mặt của Oxy sẽ ảnh hưởng lớn đến
khả năng hoạt động của vi sinh vật tạo khí, sự tạo khí có thể giảm đi hay
ngừng hẳn.
2.2.5.2. Nhiệt độ
- Nhiệt độ cũng làm thay đổi đến quá trình sinh khí gas trong hầm ủ, vì
nhóm vi khuẩn yếm khí rất nhạy cảm với nhiệt độ. Chúng hoạt động tối ưu ở
31ºC - 36ºC, dưới 10ºC nhóm vi khuẩn này hoạt động yếu, dẫn đến gas và áp
lực gas sẽ yếu đi. Tuy nhiên, nhiệt độ cho chúng hoạt động cũng có thể thấp
hơn nhiệt độ tối ưu trung bình vào khoảng 20 - 30ºC cũng thuận lợi cho chúng
hoạt động. Nhóm vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với sự thay đổi đột

ngột của nhiệt độ, nhiệt độ thay đổi cho phép hàng ngày là 1ºC.


12
2.2.5.3. Ẩm độ
- Ẩm độ cao hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm, sản lượng
gas tao ra ít. Ẩm độ thích hợp nhất cho hoạt động của vi sinh vật là 91 - 96%.
2.2.5.4. pH
- pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn
sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane ở pH từ 6,5 - 8, pH <6 hay pH
>8 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh.
2.2.5.5. Thời gian ủ
- Thời gian ủ ngắn hay dài tùy thuộc vào lượng khí sinh ra. Với
nhiệt độ, độ pha loãng, tỷ lệ các chất dinh dưỡng thích hợp kéo dài đến 30
- 40 ngày
2.2.5.6. Hàm lượng chất rắn ( vật chất khô)
- Hàm lượng chiếm dưới 9% thì hoạt động của hầm ủ sẽ tốt. Hàm
lượng chất rắn thay đổi khoảng 7 - 9 % và phụ thuộc vào khả năng sinh khí ra
tốt hay xấu. Ở Việt Nam vào mùa khô nhiệt độ cao sự phân hủy tốt, sự sinh ra
biogas tốt nên hàm lượng chất rắn trong hầm giảm nên sự cung cấp chất rắn
cao hơn có thể chấp nhận được và ngược lại.
2.2.5.7. Thành phần chất thải
- Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng (nước tiểu
của động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ…Đặc
tính và tỷ lệ tương ứng các thành phần này thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào
loại động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại… Rơm và cây cỏ thường được
sử dụng để lót chuồng chứa một lượng lớn cacbon, đặc biệt là dạng xenlulo,
một lượng nhỏ Nitơ và khoáng chất. Thành phần protein trong phân cung cấp
đủ chất dinh dưỡng để vi sinh vật phát triển.

13
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật
Thành phần phân rắn
Nitơ %
P2O5 %
K2O %
80
1,67
1,11
0,056
75
2,29
1,25
1,38
82
3,75
3,13
2,2
56
6,27
5,92
3,27
52
5,68
5,74
3,23
(Nguồn: Bộ NN & PTNT, Cục chăn nuôi, 2008)[3]

Động vật

Lượng nước (%)

Trâu, bò
Ngựa
Lợn
Gà
Chim bồ câu

2.2.5.8. Thành phần của Khí Sinh Học:
- Thành phần
KSH là hỗn hợp của nhiều chất khí. Thành phần KSH tùy thuộc vào
loại nguyên liệu tham gia vào quá trình phân giải và các điều kiện trong quá
trình đó như: Nhiệt độ, độ pH, chất lượng nước… Nó cũng tùy thuộc cả vào
các giai đoạn phân giải. Bảng 2.3 cho ta thấy thành phần của KSH.
Bảng 2.3: Thành phần của KSH
Loại khí
Methane - CH4
Cacbonic - CO2
Nitơ - N2

Tỷ lệ (%)
Loại khí
Tỷ lệ (%)
50-70
Hidro - H2
0-3
30-45
Oxy - O2
0-3

0-3
Hidro sunfua - H2S
0-3
(Nguồn: Bộ NN & PTNT, Cục chăn nuôi, 2008) [3]

- Thành phần chủ yếu là N ở dạng Nitrate, Protein.amoniac ( N: tham
gia cấu trúc tế bào), C ở dạng Cacbonhydrate (C: tạo năng lượng),mà hai yếu
tố trên rất quan trọng cho hoạt đọng của VSV kị khí,tỷ lệ C/N thích hợp từ
25/1 đến 30/1 cho sự phân hủy kỵ khí tốt[8].tỷ lệ C/N của một số loại phâ
Bảng 2.4: Tỷ lệ C/N của một số loại phân
Loại phân
Trâu bò
Lợn
Gà
Người

Tỷ lệ C/N
25/1
13/1
5/1-10/1
2,9/1


14
2.2.5.9. Một số yếu tố khác
- Ngoài các yếu tố đã trình bày ở trên, số lượng gas tạo ra nhiều hay ít
còn phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ Chiều dài và chiều rộng của hầm Biogas: yếu tố này có liên quan đến
thời gian lưu lại của dịch phân ngắn hay dài và số lượng phân phù hợp với
kích cỡ hầm.

+ Tỷ lệ phân nước: dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để
phân hủy ngược lại dịch phân quá đặc sẽ gây hiện tượng cứng hầm, tạo lớp
váng trên bề mặt của hầm gây cản trở cho quá trình sinh khí.
+ Từng loại phân khác nhau cho số lượng gas khác nhau.
+ Số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gas.
- Các chất gây trở ngại quá trình sinh khí Biogas:
- Vi khuẩn sinh methane dễ bị ảnh hưởng bởi các độc tố và các hợp
chất vô cơ, để các vi khuẩn hoạt động tốt các chất gây ức chế quá trình lên
men của vi khuẩn cần nằm trong giới hạn nhất định. Theo nghiên cứu của
Nguyễn Việt Năng hàm lượng các chất sau đây ức chế quá trình lên men của
vi khuẩn kị khí:
Bảng 2.5: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Tên hóa học
SO42NaCl
NO2Cu

Cr
Ni
CNABS(*)
NH3
Na
K
Ca
Mg

Đơn vị
Hàm lượng
ppm
5.000
ppm
40.000
Mg/ml
0.05
Mg/l
100
Mg/l
200
Mg/l
200-500
Mg/l
25
Ppm
20-40
Mg/l
1.500-3.000
Mg/l

3.000-5.500
Mg/l
2.500-4.500
Mg/l
2.500-4.500
Mg/l
1.000-1.500
(*): Alkyl benzene sulfonate


15
2.2.6. Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất
- Cung cấp năng lượng: Khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất
đốt mới nguồn chất đốt không truyền thống ở Việt Nam - nó phục vụ nhu cầu
nấu nướng, thắp sáng.... Tiết kiệm tiền chất đốt, năng lượng thắp sáng, việc
nấu nướng dễ dàng, sạch sẽ hơn, đồng thời tiết kiệm được thời gian.
- Hạn chế ô nhiễm - bảo vệ môi trường: Hiện nay ô nhiễm môi trường
đang là vấn đề nan giải trên thế giới và Việt Nam. Việt Nam trên con đường
phát triển kinh tế gặp nhiều vấn đề khó khăn như:
+ Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, môi trường
sống khắc nghiệt hơn.
+ Ngành công nghiệp phát triển, đô thị hóa gia tăng.
+ Nạn gia tăng dân số, đói nghèo, suy dinh dưỡng ở trẻ em.
+ Rừng tự nhiên bị phá do nhu cầu năng lượng gia tăng, nguồn năng
lượng ngày càng cạn kiệt[4].
Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng lượng chất thải cho
nên tận dụng nguồn phân làm Biogas sẽ là phương pháp xử lý có thể chấp
nhận được vì:
+ Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng.
+ Xử lý tốt các yếu tố gieo rắc mầm bệnh trong phân vì nước thải sau

biogas làm giảm mùi hôi không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là kí sinh
trùng và các mầm bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể.
+ Nước thải sau quá trình ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng để kết hợp
trong mô hình VAC: Phụ phẩm khí sinh học có thể làm phân bón, nước xả khí
sinh học có thể làm thức ăn bổ sung cho lợn, cá [1]. Có thể dùng để nuôi tảo,
bèo để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm. Nước thải của hệ thống đã diệt hết
99% trứng giun sán tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới rau sạch.


16
2.2.7. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas
Việc ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas trong chăn nuôi có hiệu quả
hay không phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Hiệu quả phải được xem xét trên 3
mặt: Hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội, hiệu quả môi trường.
- Phải xem đến lợi ích trước mắt và lâu dài.
- Phải xem cả lợi ích riêng của người sử dụng và lợi ích chung của cả
cộng đồng.
- Phải xem xét hiệu quả sử dụng công nghệ Bbiogas và hiệu quả sử
dụng nguồn lực khác.
Khi đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas người ta
cũng đánh giá trên ba khía cạnh: Hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về mặt xã
hội, hiệu quả về mặt môi trường.
2.2.7.1. Hiệu quả kinh tế
- Hiệu quả là một phạm trù kinh tế phản ánh mặt chất lượng của các
hoạt động kinh tế. Mục đích của sản xuất và phát triển kinh tế, xã hội là đáp
ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất, tinh thần của toàn xã hội, khi nguồn
lực sản xuất của xã hội ngày càng khan hiếm, việc nâng cao hiệu quả là một
đòi hỏi khách quan của mọi nền sản xuất xã hội.
- Hiệu quả kinh tế được hiểu là mối tương quan so sánh giữa kết quả
đạt được và lượng chi phí bỏ ra trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Kết quả

đạt được là phần giá trị thu được của sản phẩm đầu ra, lượng chi phí bỏ ra là
phần giá trị của các nguồn lực đầu vào. Mối tương quan đó cần xét cả về phần
so sánh tuyệt đối và tương đối cũng như xem xét mối quan hệ chặt chẽ giữa
hai đại lượng đó. Phương án đúng hoặc một giải pháp kinh tế kỹ thuật có hiệu
quả cao là đạt được tương quan tối ưu giữa kết quả thu được và chi phí nguồn
lực đầu tư.
- Vì vậy bản chất của phạm trù kinh tế ứng dụng công nghệ hầm khí
Biogas là thay vì việc sử dụng các loại phân hữu cơ gây ô nhiễm môi trường