Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam

1 of 103.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN
NĂNG LƢỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT
ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM,
TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ

HÀ NỘI - 2017

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


2 of 103.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN
NĂNG LƢỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT
ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM,
TỈNH HÀ NAM
LUẬN VĂN THẠC SỸ

Chuyên ngành: Khoa học môi trƣờng
Mã số : 60440301

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG ANH HUY
PGS.TS. TRẦN VĂN QUY

HÀ NỘI - 2017

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


3 of 103.

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ
rất nhiệt tình và quý báu của tập thể và các cá nhân.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Anh Huy và
PGS.TS. Trần Văn Quy, những người đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo cho
tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này
Tôi xin chân thành cám ơn tới tất cả các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa
học tự nhiên đặc biệt là các giảng viên khoa Môi trường, khoa Đào tạo sau đại học
của trường đã dạy bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các đồng chí lãnh
đạo và chuyên viên phòng Nông nghiệp và phát triển nông thôn huyện Thanh Liêm;
phòng Thống kê huyện Thanh Liêm; phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Thanh
Liêm và các hộ trang trại chăn nuôi gia súc trên địa bàn huyện Thanh Liêm đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp cận và thu thập những thông tin cần thiết trong
quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động
viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.
Hà Nam, ngày ...... tháng 02 năm 2017
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Bích Ngọc

2
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


4 of 103.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn
toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp cho
việc hoàn thành luận văn đều đã được cám ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong
luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Bích Ngọc

3
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


5 of 103.

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................................ 3
1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi ............................................................................ 3
1.1.1. Nguồn phát sinh, đặc tính .................................................................................... 3
1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe ............................... 5
1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi ..................................... 9
1.2. Tổng quan về khí sinh học ......................................................................................... 14
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học............................................ 14
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH ..................................... 15
1.2.3. Thiết bị khí sinh học ........................................................................................... 18
1.2.4. Tiềm năng Biogas trên thế giới và Việt Nam ..................................................... 22
1.3 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu ........................................ 23
1.3.1 Điều kiện tự nhiên ............................................................................................... 23
1.3.2 Thực trạng môi trường tự nhiên trên địa bàn huyện Thanh Liêm. ..................... 26
1.3.3. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................... 27
CHƢƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU ............................................................................................................... 30
2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài ....................................................... 30
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 30
2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp ....................................... 30
2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .................................................................. 30
2.2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích .................................................................... 31
2.2.4 Phương pháp so sánh, đánh giá ......................................................................... 33
2.2.5 Phương pháp tổng hợp số liệu ............................................................................ 33
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 34
3.1. Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam ..... 34

3.1.1 Số lượng trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện.............................................. 34
3.1.2 Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên địa bàn ......................................................... 35
3.1.3 Về quy mô chăn nuôi lợn tại các trang trại: ...................................................... 36
3.1.4 Các kiểu hệ thống chăn nuôi lợn trong các trang trại ........................................ 37
3.1.5. Cơ cấu đất đai trong các trang trại ................................................................... 37
3.1.6. Phương thức chăn nuôi tại khu vực huyện Thanh Liêm .................................... 38
3.1.7. Sử dụng thức ăn, nước cho lợn ở các trang trại ................................................ 39
3.2. Nguồn thải phát sinh; thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất
thải chăn nuôi trên địa bàn nghiên cứu ....................................................................... 40
3.3 Hiện trạng sử dụng biogas tại các trang trại trên địa bàn ................................... 41
3.4 Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trƣờng trong hoạt động chăn nuôi tại
các trang trại trên địa bàn huyện ................................................................................. 42
3.4.1 Nhận thức của người chăn nuôi với công tác vệ sinh môi trường ...................... 42
3.4.2 Nhận thức của người chăn nuôi với sức khỏe con người ................................... 43
3.4.3 Thực trạng chất lượng môi trường ..................................................................... 43
3.5. Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các
khía cạnh năng lƣợng, môi trƣờng, kinh tế xã hội ...................................................... 45
3.5.1 Tiềm năng năng lượng của việc thu hồi và sử dụng khí sinh học ....................... 45

4
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


6 of 103.

3.5.2 Lợi ích môi trường .............................................................................................. 46
3.5.3 Lợi ích về năng lượng ......................................................................................... 47
3.5.4. Lợi ích kinh tế .................................................................................................... 48
3.5.5 Lợi ích về nông nghiệp ........................................................................................ 50

3.6 Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lƣợng khí sinh
học ................................................................................................................................... 52
3.6.1 Giải pháp quản lý ............................................................................................... 52
3.6.2 Giải pháp kỹ thuật............................................................................................... 53
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................................ 55
Kết luận ........................................................................................................................... 55
Khuyến nghị ................................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 57
PHỤ LỤC............................................................................................................................

5
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


7 of 103.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm

3

Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm

4

Bảng 1.3. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc

6

Bảng 1.4. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm

7

Bảng 1.5. Một số chất men bổ sung

10

Bảng 1.6. Thời gian lưu của các loại nguyên liệu (ở 270C)

16

Bảng 1.7. Tỷ lệ cácbon và nitơ của một số chất

17

Bảng 1.8. Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học

18

Bảng 1.9: Tiềm năng biogas ở Việt Nam

22

Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu trước khi đem phân tích

32

Bảng 2.2: Từng chỉ tiêu và phương pháp phân tích

32

Bảng 3.1: Số trang trại năm 2015 trên địa bàn huyện Thanh Liêm

34

Bảng 3.2. Số lượng gia súc huyện Thanh Liêm từ năm 2010-2015

35

Bảng 3.3. Sản lượng thịt trâu, bò, lợn hơi xuất chuồng huyện qua các năm

36

Bảng 3.4: Mô hình chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại

37

Bảng 3.5: Diện tích đất sử dụng tại các trang trại

37

Bảng 3.6: Phương thức chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại

39

Bảng 3.7: Loại thức ăn được sử dụng tại một số trang trại

40

Bảng 3.8 : Lượng chất thải chăn nuôi từ các hệ thống

40

Bảng 3.9: Tỷ lệ chất thải được xử lý trong các trang trại chăn nuôi

41

Bảng 3.10: Nhận thức của người dân về việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn

42

Bảng 3.11. Chất lượng nước thải sau hệ thống xử lý tại 3 vị trí

44

Bảng 3.12. Kết quả khảo sát hàm lượng khí độc trong chuồng nuôi tại các trang trại
lợn trên địa bàn

45

Bảng 3.13. Tiềm năng khí biogas khi sử dụng hầm biogas

46

Bảng 3.14. Quy đổi khí sinh học ra các dạng năng lượng khác

47

Bảng 3.15. Lựa chọn công suất máy phát điện theo quy mô chăn nuôi và thể tích

bể biogas

50

6
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


8 of 103.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Xây bể KSH composite và túi khí dự trữ

9

Hình 1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học

11

Hình 1.3. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ

12

Hình 1.4.Quá trình lên men tạo Khí sinh học

14

Hình 1.5. Cấu tạo của hầm khí sinh học

19

Hình 1.6: Thiết bị có nắp chứa khí nổi

20

Hình 1.7. Thiết bị nắp cố định

20

Hình 1.8. Thiết bị túi chất dẻo

21

Hình 1.9: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.l

21

Hình 1.10: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.2

22

Hình 1.11: Vị trí địa lý của huyện Thanh Liêm

24

Hình 3.1. Tình hình phát triển số lượng trang trại ở huyện Thanh Liêm

35

Hình 3.2 Khoảng cách từ gia đình tới khu trang trại chăn nuôi lợn

43

Hình 3.3 Bếp gas sinh học của hộ bà Hương - xã Liêm Thuận

48

Hình 3.4 Mô hình lắp đặt máy phát điện hộ gia đình

49

Hình 3.5. Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh

51

7
Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


9 of 103.

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BOD

Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

COD

Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

DO

Nồng độ ôxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

KSH

Khí sinh học

QCVN
SS

Quy chuẩn Việt Nam
Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)

Tổng N

Tổng ni-tơ (Total Nitrogen)

Tổng P

Tổng phốt-pho (Total Phosphogen)

VSV

Vi sinh vật

8

Header Page -Header
Page -Header Page - Header Page -Header Page -Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


10 of 103.

MỞ ĐẦU
Năng lượng sinh học là nguồn năng lượng sạch. Việc khai thác sử dụng
nguồn năng lượng này nhằm góp phần bảo vệ môi trường của trái đất và đặc biệt là
bổ sung, thay thế dần cho những nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt là xu thế
tất yếu, là một nhiệm vụ khoa học công nghệ được ưu tiên và đã mang tính chiến
lược lâu dài đối với tất cả các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam.
Với lợi thế nước ta là nước nông nghiệp (Hơn 70% dân số sống ở vùng nông
thôn), đời sống của người dân ở đây phụ thuộc vào nghề trồng trọt và chăn nuôi.
Nguồn phát thải phát sinh từ trồng trọt và chăn nuôi chính là nguồn nguyên liệu để
sản sinh ra khí sinh học (biogas). Việc khai thác và sử dụng công nghệ Biogas - một
nguồn năng lượng sạch, đã đóng góp phần quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng
và bảo vệ môi trường. Đặc biệt, đối với vùng nông thôn, miền núi của chúng ta, việc
nghiên cứu phát triển công nghệ Biogas là việc làm thiết thực góp phần cải thiện
môi trường sống, thay đổi tập tục sinh hoạt và cải thiện đời sống của người nông
dân, góp phần giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường ở nông thôn, hạn
chế dịch bệnh và bảo vệ cho nguồn nước trong sạch. Năng lượng Biogas còn được
sử dụng phát điện ở quy mô gia đình, bảo đảm cung cấp một phần điện năng, góp
phần đáng kể cho sự phát triển ổn định, bền vững của hệ thống điện ở nước ta.
Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và
các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí. Vi sinh
vật phân huỷ các chất tổng hợp và khí được sinh ra. Biogas là một hỗn hợp bao gồm
CH4, CO2, N2 và H2S. Thành phần chủ yếu là CH4 chiếm 60-70% và CO2: 30-40%,
các khí này có thể đốt cháy được. Chất khí thoát ra bao gồm 2/3 khí metan, 1/3 khí
CO2 và năng lượng khoảng 4500-6000 calo/m3. 1m3 khí với mức 6000 calo có thể

tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2 kWh
điện năng. Có thể hy vọng Biogas sẽ là nguồn năng lượng chính trong tương lai
nhằm giải quyết chất đốt sinh hoạt, bảo vệ môi trường và giải quyết vấn đề ô nhiễm
môi trường bao gồm việc nâng cao sức khoẻ cho cộng đồng dân cư và phục vụ
trực tiếp cho sản xuất nông nghiệp, ngoài ra còn có thể sử dụng cho các mục đích
khác như: Lò sấy, đèn thắp sáng, máy sấy chuồng gia súc, dùng cho hệ thống đun

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 1-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


11 of 103.

nước nóng, các tủ lạnh chạy bằng gas, chạy máy phát điện... Theo Quy hoạch phát
triển nguồn điện giai đoạn 2011-2010 có xét đến năm 2030 đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016, cần ưu tiên
phát triển năng lượng tái tạo, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ
nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện.
Thanh Liêm là huyện bán sơn địa, trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế
của huyện dịch chuyển theo hướng tích cực: tỷ trọng nông nghiệp giảm, tỷ trọng
công nghiệp và dịch vụ tăng. Ngành chăn nuôi có xu hướng tăng về tỷ trọng trong
cơ cấu nông nghiệp, cùng với đó là việc phát triển số bể biogas trên địa bàn. Tuy
nhiên cho đến nay vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể. Chính vì vậy, việc
lựa chọn và thực hiện đề tài “Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí
sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam” là cần
thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá được
tiềm năng nguồn năng lượng khí sinh học từ hoạt động chăn nuôi lợn tại các trang
trại trên địa bàn huyện Thanh Liêm, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp khai thác và sử
dụng hiệu quả nguồn năng lượng này.
Nội dung nghiên cứu:
- Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam;

- Nguồn thải phát sinh, thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với
chất thải chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu;
- Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi
trên địa bàn huyện;
- Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên
các khía cạnh năng lượng, môi trường, kinh tế xã hội.
- Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lượng khí sinh
học.

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 2-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


12 of 103.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi
1.1.1. Nguồn phát sinh, đặc tính
a. Chất thải rắn và lỏng
* Phân: Là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không hấp
thụ được và thải ra ngoài cơ thể. Trong phân chứa một lượng lớn các chất như Nitơ,
Phốt pho, Kali, Kẽm, Đồng. Các khoáng chất dư thừa cơ thể không sử dụng như
P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân. Tùy theo loại gia súc,
thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau
cả về khối lượng lẫn thành phần. Gia súc ở những độ tuổi khác nhau có khả năng
tiêu hoá và nhu cầu cơ thể khác nhau. Do vậy, lượng phân thải ra trong một ngày
đêm sẽ không giống nhau, cụ thể được thể hiện trong Bảng 1.1
Bảng 1.1. Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm
Loại gia súc

Phân, kg/con.ngđ

Nƣớc tiểu, l/con.ngđ

Trâu

18 – 25

8,0 – 12,0

Bò

15 - 20

6,0 – 10,0

Ngựa

12 - 18

4,0 – 6,0

Lợn < 10kg

0,5 – 1,0

0,3 – 0,7

Lợn 15-45kg

1,0 – 3,0

0,7 – 2,0

Lợn 45-100kg

3,0 - 5,0

2,0 – 4,0

Dê

1,5 – 2,5

0,6 – 1,0

(Lăng Ngọc Huỳnh, 2001)
Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng
sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm… và được nêu cụ thể
trong Bảng 1.2

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 3-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


13 of 103.

Bảng 1.2. Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm
Đơn vị: %
Phân loại
gia súc,
gia cầm

Trâu
Bò
Lợn
Gà

Mức

Nitơ

Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình
Tối đa
Tối thiểu
Trung bình

0,358
0,246
0,306
0,380
0,302
0,341
1,200
0,450

0,840
2,000
1,800
1,900

P2O5

K2O

C/N

0,205
1,600
20
0,115
1,129
18
0,171
1,360
19
0,294
0,992
19
0,164
0,424
17
0,227
0,958
18
0,900

0,600
22
0,450
0,350
20
0,850
0,580
21
0,950
1,720
17
0,450
1,210
15
0,850
1,421
16
(Nguyễn Đức Lượng và ctv, 2003)

Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân lợn nói riêng còn
chứa các loại vi rút, vi khuẩn, trứng giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài
tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức
khỏe của con người và vật nuôi
* Xác súc vật chết
Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử
lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi.
* Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác
Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột
cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ,…
* Nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh
gia súc, chuồng trại. Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách
thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi
tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…).

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 4-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


14 of 103.

Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành
công nghiệp khác (axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công
nghiệp,…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều
ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người. Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 –
80% gồm cellulose, protit, axít amin, chất béo, hydrat cacbon. Các chất vô cơ chiếm
20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, amonium. [7]
b. Khí thải
Khí thải chuồng được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu
gia súc, thức ăn dư thừa…Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của
chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, mật độ nuôi, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm.
Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn
phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của
vật nuôi. NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do
các vi sinh vật gây mùi hôi, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ
nước tiểu [7]. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn
phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và
tình trạng sức khỏe của vật nuôi. Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2
1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe
a. Ô nhiễm môi trường nước
Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình

phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá
trình hô hấp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi
trường phân hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động
xấu đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất
cân bằng sinh thái, cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ. Con người, động
vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu.
Nhiều khu vực chăn nuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý mà thải
trực tiếp ra môi trường bên ngoài (Kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung
của khu vực). Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 5-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


15 of 103.

Công nghệ Môi trường Hà Nội [18] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại lợn
khu vực phía Bắc là rất cao.
Bảng 1.3. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc
COD
T-N N-NH4+ T-P
SS
(mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)

pH

T0C

Vĩnh Phúc

7,32

29

4590

967,3

870

295

9520

Hưng Yên

7,87

30,5

3584

202

158

54,9

1880

Thái Bình

7,3

30

2575

425

425

102

800

Hà Nội

7,5

32

7219

247

237

120

3200

(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)
Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng
hoặc trứng giun sán. Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những
động vật khác.
Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước
ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần
chuồng nuôi. Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học, giàu Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất
như: Axít amin, axít béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc
hại. Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện
bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm.
Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể
trong việc gây ô nhiễm môi trường nước.
b. Ô nhiễm môi trường không khí
Những khí thải trong chăn nuôi: NH3, H2S, CH4 và CO2 tạo nên mùi hôi thối
trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, sức khỏe con
người và các loài động vật khác.
* Ảnh hưởng của khí NH3 [15]
Trong chăn nuôi lợn, lượng nước tiểu sinh ra chủ yếu là khí NH3. Chất khí
này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng
tăng tiết dịch, hay gây phỏng do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt, gây co thắt

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 6-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


16 of 103.

khí quản và gây ho. Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu,
lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu, NH3 bị ôxy hóa tạo

thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận
chuyển ôxy đến các cơ quan, làm cho trẻ bị xanh xao, trường hợp nặng có thể gây
thiếu ôxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong . Tác
hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm được thể hiện trong Bảng 1.4
Bảng 1.4. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm [15]
Đối tƣợng

Người

Lợn

Gà

Nồng độ NH3

Tác hại

Liên tục tiếp xúc > 6 –
20 ppm

Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp

100 ppm trong 1 giờ

Ngứa ở bề mặt niêm mạc

400 ppm trong 1 giờ

Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng

1720 ppm (<30 phút)

Ho, co giật dẫn đến tử vong

700 ppm (<60 phút)

Lập tức ngứa mắt, mũi và cổ họng

5000 – 10000 ppm (vài
phút)

Gây khó thở, ngạt thở, xuất huyết
phổi, ngất, có thể tử vong

> 10000 ppm

Tử vong

> 10 ppm

Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho

50 – 100 ppm

Giảm tăng trọng/ngày: 12 -13%

61 ppm

Giảm 5% lượng ăn

> 30 ppm

Giảm sản lượng trứng và thịt

30 ppm

Gây hội chứng viêm phổi
(Dương Nguyên Khang, 2004)

* Ảnh hưởng của khí H2S
H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các
amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kị khí chất thải. H2S là
khí kích thích và gây ngạt. Các phản ứng kích thích trực tiếp vào mô gây viêm
màng kết. Hít phải H2S sẽ gây kích thích đối với toàn bộ cơ quan hô hấp và có thể
mắc các bệnh về phổi. Ở 1.500 - 3.000 mg/m3 , H2S sẽ hấp thụ từ phổi vào máu gây

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 7-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


17 of 103.

thở gấp và kìm hãm hoạt động hô hấp [15]. Ở nồng độ cao hơn, H2S ngay lập tức
làm tê liệt trung tâm hô hấp. Thông thường nạn nhân sẽ chết do ngạt thở trừ khi
được hô hấp nhân tạo kịp thời. Đây là ảnh hưởng độc hại đáng chú ý nhất của độc
tính cấp của Hydrosulphur theo đường hô hấp cao, sự kích thích mắt xảy ra ở nồng
độ 15-30 mg/m3 [15].
* Ảnh hưởng của khí CH4
Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu
cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi. CH4 là khí không màu, không mùi, có thể
cháy. Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở

do thiếu ôxy. Nếu tiếp xúc với CH4 ở nồng độ 40000 mg/m3 sẽ dẫn đến tai biến cấp
tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm
thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm… Khi hít thở CH4 với nồng độ lên đến 60000
mg/m3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong.
Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng làm nguồn năng lượng [15].
* Ảnh hưởng của CO2
CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy. Trong không khí, nồng độ
CO2 khoảng 0,3 – 0,4%. Nồng độ CO2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ,
độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất
thải.
Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể
ngất. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị
giác. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể
dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập. Khi nồng độ CO2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với
khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong [15].
* Ảnh hưởng của bụi
Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
gia súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo các
chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh. Khi người tiếp xúc với bụi sẽ
bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (Hạt bụi

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 8-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


18 of 103.

nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối loạn hô hấp và tổn
thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể người [15].
c. Ô nhiễm môi trường đất
Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt

như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,…Những thực phẩm này làm thức ăn cho người
và động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm
bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các
bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,…
1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi
Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu
những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi.. Trong đó, việc
quy hoạch và giám sát quy hoạch cả tổng thể và chi tiết chăn nuôi là biện pháp quan
trọng có tầm chiến lược. Kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi là áp dụng các phương
pháp lý học, hóa học và sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường [23]
a. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas (Hệ thống khí sinh học).
Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng
loại hầm (công trình) khí sinh học cho phù hợp. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng
công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí
thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch.
Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa
bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho
chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại.

Hình 1.1. Bể KSH composite và túi khí dự trữ
Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau:

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page 9-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


19 of 103.

Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng;
Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống;
Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng phân từ phụ phẩm KSH thay thế

phân bón hóa học. Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà lượng lớn chất thải
chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần
giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả.
b. Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học.
* Xử lý môi trƣờng bằng men sinh học:
Dùng bổ sung vào nước thải, dùng phun vào chuồng nuôi, vào chất thải để
giảm mùi hôi, dùng trộn vào thức ăn…
Một số men bổ sung làm giảm ô nhiễm trong chăn nuôi được thể hiện trong
Bảng 1.5
Bảng 1.5. Một số chất men bổ sung
TT
1

2

3

4

5

Chất men
Deodorase

EM

EMC

Kemzym

Pyrogreen

Bản chất
Chất tách từ thảo

Tác dụng
Giảm khả năng sinh NH3

Xuất xứ
Thái Lan,

mộc

Đức

Tổ hợp nhiều loại vi Tăng hấp thụ TA. giảm bài

Nhật Bản

sinh vật

tiết chất DD qua phân

Thảo mộc, khoáng

Giảm sinh NH3, H2S, SO2, Việt Nam

chất thiên nhiên

giải độc đường TH

Enzym tiêu hóa

Tăng hấp thụ TA. giảm bài

Thái Lan,

tiết chất DD qua phân

Đức

Giảm khả năng sinh NH3

Hàn Quốc

Tế bào men

Tăng hấp thụ TA. giảm bài

Đức, Thái

Sacharomyces

tiết chất DD qua phân

Lan

Hóa chất

Diệt dòi phân

Thái Lan,

Hóa sinh thiên
nhiên

6

7

Yeasac

Lavedae

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page10
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


20 of 103.

Đức
8

DK,

Chất chiết từ thảo

Sarsapomin 30

mộc

Giảm khả năng sinh NH3

Hoa Kỳ

* Chăn nuôi trên đệm lót sinh học
Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản
(Phôi bào, mùn cưa…) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (Thân cây ngô, đậu, rơm, rạ,
trấu, vỏ cà phê… ) cắt nhỏ để làm đệm lót có bổ sung chế phẩm sinh học. Sử dụng
chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu” với mong
muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi
sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và
tiêu diệt vi sinh vật có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc
gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Hình 1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học
Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi
trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ. Tuy nhiên điều đáng
lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát,
tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm.
c. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ (Compost).
Xử lý chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu bã phế thải thực vật,
phân của động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật
phân hủy và làm tăng cao chất lượng của sản phẩm, tạo nên phân bón hữu cơ giàu
chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng. Người ta chọn chỗ đất không ngập nước,

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page11
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F

21 of 103.

trải một lớp rác hoặc bã phế thải trồng trọt dầy khoảng 20cm, sau đó lót một lớp
phân gia súc hoặc gia cầm khoảng 20-50% so với rác (Có thể tưới nếu phân lỏng,
mùn hoai), tưới nước để có độ ẩm đạt 45-50% rồi lại lại trải tiếp một lớp rác, bã phế
thải trồng trọt lên trên… đến khi đống ủ đủ chiều cao (Không sử dụng cỏ tranh, cỏ
gấu để ủ). Dùng tấm ni lông, bạt… đủ lớn để che kín đống phân ủ. Cứ khoảng một
tuần đảo đều đống phân ủ và bổ sung nước cho đủ độ ẩm khoảng 45-50%, che ni
long, bạt kín lại như cũ. Ủ phân bằng phương pháp này hoàn toàn nhờ sự lên men tự
nhiên, không chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu (Tuy nhiên nếu
được bổ sung men vào đống ủ thì tốt hơn).

Hình 1.3. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ
Trong phân ủ có chứa chất mùn làm đất tơi xốp, tăng dung lượng hấp thụ
khoáng của cây trồng, đồng thời có tác dụng tốt đến hệ vi sinh vật có ích trong đất.
Phân ủ còn có tác dụng tốt đối với tính chất lý hoá học và sinh học của đất, không
gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi
trường sinh thái.
d, Xử lý bằng công nghệ ép tách phân
Dựa trên nguyên tắc “lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ
đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất rắn mà có
các lưới lọc phù hợp. Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất
rắn được giữ lại, ép khô và ra ngoài để xử lý riêng còn lượng nước theo đường riêng
chảy ra ngoài hoặc xuống hầm KSH xử lý tiếp. Độ ẩm của sản phẩm (Phân khô) có
thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng. Quá trình xử lý này tuy đầu tư ban
đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page12
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F

22 of 103.

trong những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi lợn, trâu bò
theo hướng công nghiệp hiện nay.
e, Xử lý nước thải bằng ô xi hóa.
Phương pháp này thường được dùng đối với các bể lắng nước thải.
- Xử lý bằng sục khí.
Ở các bể gom nước thải (Không phải là KSH) người ta dùng máy bơm sục
khí xuống đáy bể với mục đích làm cho các chất hữu cơ trong nước thải được tiếp
xúc nhiều hơn với không khí và như vậy quá trình ô xi hóa xảy ra nhanh, mạnh hơn.
Đồng thời kích thích quá trình lên men hiếu khí, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất
khí độc sinh ra trở thành các chất ít gây hại tới môi trường. Sau khi lắng lọc nước
thải trong hơn giảm ô nhiễm môi trường và có thể dùng tưới cho ruộng đồng
- Xử lý bằng ô-zôn (O3).
Để xử lý nhanh, triệt để các chất hữu cơ và các khí độc sinh tra trong các bể
gom nước thải, bể lắng, người ta đã bổ sung khí ô-zôn (O3) vào quá trình sục khí xử
lý hiếu khí nhờ các máy tạo ô-zôn công nghiệp. Ô-zôn là chất không bền dễ dàng bị
phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử: O3 → O2 + O. Ôxy nguyên tử tồn
tại trong thời gian ngắn nhưng có tính ô xi hóa rất mạnh làm cho quá trình xử lý
chất thải nhanh và rất hữu hiệu. Ngoài ra quá trình này còn tiêu diệt được một lượng
vi rút, vi khuẩn, nấm mốc và khử mùi trong dung dịch chất thải. So với phương
pháp sục khí thì phương pháp này có tốn kém hơn nhưng hiệu quả hơn.
- Xử lý bằng Hiđrô perôxit H202
Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) thường được ứng dụng rộng rãi như: Tẩy rửa vết
thương trong y tế, làm chất tẩy trắng trong công nghiệp,chất tẩy uế, chất ôxi
hóa…Người ta cũng có thể bổ sung Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) vào trong nước
thải để xử lý môi trường. Ô-xi-già là một chất ô xi hóa-khử mạnh. Thông thường ôxi-già phân hủy một cách tự nhiên theo phản ứng tỏa nhiệt thành nước và khí ôxy
như sau: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 + Nhiệt lượng. Trong quá trình phân hủy (phản ứng
xảy ra mạnh mẽ khi có xúc tác), đầu tiên ô xi nguyên tử được tạo ra và tồn tại trong

thời gian rất ngắn rồi nhanh chóng thành khí ô xi O2. Ôxi nguyên tử có tính ôxi hóa
rất mạnh vì vậy đã ô xi hóa các chất hữu cơ, diệt khuẩn, khử mùi hiệu quả trong

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page13
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


23 of 103.

dung dịch chất thải. Bổ sung ô-xi-già vào nước thải xử lý môi trường tuy có tốn
kém chút ít nhưng hiệu quả cao
1.2. Tổng quan về khí sinh học
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học
Quá trình phân huỷ tạo khí mêtan là một quá trình phức tạp gồm 3 giai đoạn
chính với sự tham gia của nhiều loài VSV khác nhau, sản phẩm cuối cùng của quá
trình là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học mà thành phần chủ yếu là khí CH4.
Phương trình tổng quát của quá trình lên men được biểu diễn trong Hình 1.4:
(1.4)

Hình 1.4. Quá trình lên men tạo Khí sinh học
* Giai đoạn thuỷ phân
Ở giai đoạn này, các vi khuẩn (VK) lên men và thuỷ phân tiết ra một loại
men (gọi là men hydrolaza) phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp, không tan thành các
chất hữu cơ đơn giản và tan được. Ví dụ: Các chất cacbohydrat (chủ yếu là
xenluloza và tinh bột), chất béo, protein bị thuỷ phân biến thành các chất như đường

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page14
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F

24 of 103.

đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin dễ tan trong nước. Như vậy các chất cao
phân tử đã chuyển hoá thành các chất đơn phân tử, sau đó lại được lên men thành
những chất trung gian mà chủ yếu là axetat, propionat và butyrat.
* Giai đoạn sinh axit
Với sự có mặt của các loài VK sinh axit, các axit béo bậc cao và axit amin
thơm được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân huỷ thành các axit hữu cơ có phân tử
lượng nhỏ hơn như các axit axetic, axit propionic, axit butyric... Các aldehyt, rượu
và một số loại khí như nitơ, hydro, cácbonic, amoniac...
Cả giai đoạn thuỷ phân và giai đoạn sinh axit nhu cầu oxy sinh học (BOD)
bằng không, ở giai đoạn này do sinh nhiều axit nên độ pH của môi trường giảm
mạnh.
* Giai đoạn sinh mêtan
Đây là giai đoạn quan trọng của toàn bộ quá trình, dưới tác dụng của các vi
khuẩn sinh mêtan các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác như axit axetic,
axit fomic, hydrocid cácbon ... Biến thành khí mêtan, khí cácbonic, oxy, nitơ, khí
sunfua hydro...
* Mối quan hệ giữa các quá trình lên men
Trong thực tế 3 giai đoạn trên xảy ra song song và đồng bộ với nhau. Sản
phẩm sinh ra ở giai đoạn này được sử dụng làm cơ chất cho giai đoạn sau. Nếu vì lý
do nào đó mà các giai đoạn không ăn khớp với nhau sẽ phá vỡ cân bằng động của
quá trình và ảnh hưởng rất lớn đến năng suất các sản phẩm cuối cùng của quá trình.
Như trong trường hợp axit sinh ra quá nhiều ở pha đầu, mà các vi khuẩn sinh mêtan
không tiêu thụ kịp, dẫn đến lượng axit của môi trường tăng, độ pH giảm mạnh, ức
chế quá trình hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan và nếu quá nhiều sẽ làm cho quá
trình phân huỷ ngừng hẳn.
1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng của quá trình lên men tạo KSH
Quá trình phân huỷ tạo KSH chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Những yếu tố
quan trọng nhất và cần thiết trong xây dựng, vận hành thiết bị, đảm bảo cho thiết bị

vận hành ổn định và sản sinh ra lượng KSH như mong muốn gồm
a. Mức độ kỵ khí

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page15
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F


25 of 103.

Sự có mặt của oxy hoà tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho
quá trình phân huỷ kỵ khí. Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của
nhiều vi khuẩn, trong đó các vi khuẩn sinh mêtan là những VK quan trọng nhất,
chúng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu
diệt các VK này, vì vậy phải đảm bảo điều kiện kỵ khí tuyệt đối của môi trường lên
men.
b. Nhiệt độ
Hoạt động của VK sinh mêtan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ [1]. Trong
điều kiện vận hành đơn giản, nhiệt độ lý tưởng vào khoảng 350C. Sản lượng khí
giảm rõ rệt khi nhiệt độ môi trường giảm, dưới 100C quá trình sinh mêtan hầu như
ngừng hẳn.
Các VK sinh mêtan không chịu được sự thay đổi nhiệt độ quá nhiều trong
ngày. Điều này sẽ làm giảm sản lượng khí. Vì vậy vào mùa đông cần phải giữ ấm
cho thiết bị, thậm chí đối với những vùng lạnh cần phải đảm bảo cách nhiệt tốt cho
quá trình lên men. Đôi khi ở những quá trình lên men nhanh người ta phải gia nhiệt
cho dịch lên men để giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men.
c. Độ pH
Độ pH tối ưu với hoạt động của VK là 6,8 - 7,5 tương ứng với môi trường hơi
kiềm. Tuy nhiên VK sinh mêtan vẫn có thể hoạt động được trong giới hạn độ pH từ
6,5 - 8,5.
d. Thời gian lưu

Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị phân huỷ. Đây là
khoảng thời gian dịch lên men phân huỷ hoàn toàn và tạo ra khí sinh học.
Đối với phân động vật thời gian phân huỷ có thể kéo dài tới hàng tháng. Đối
với nguyên liệu thực vật, thời gian này kéo dài tới hàng năm.
Bảng 1.6. Thời gian lưu của các loại nguyên liệu (ở 270C) [1]
Loại phân

Trâu, bò

Lợn

Gia cầm

Ngƣời

Thời gian lưu (ngày)

50

40

30

60

Đối với thiết bị KSH hoạt động liên tục, thời gian lưu càng lớn thì khí thu
được từ một lượng nguyên liệu nhất định càng nhiều. Thời gian lưu được chọn còn

Header Page -Header Page -Header Page - Header Page -Header Page16
-Header Page-Footer Page -Footer Page -Footer Page -Footer Page -F