(Khóa luận tốt nghiệp) Đánh giá hiệu quả bể Biogas plastic nổi trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại Phường Thịnh Đán, tỉnh Thái Nguyên

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

LUÂN VĂN LÝ
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ BIOGAS PLASTIC NỔI
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ HỘ GIA
ĐÌNH TẠI PHƯỜNG THỊNH ĐÁN, TP THÁI NGUYÊN
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
: 2014 – 2018

Thái Nguyên, năm 2018


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

LUÂN VĂN LÝ

Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ BIOGAS PLASTIC NỔI
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ HỘ GIA
ĐÌNH TẠI PHƯỜNG THỊNH ĐÁN , TP THÁI NGUYÊN
TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Lớp
Khoa
Khóa học
Giảng viên hướng dẫn

: Chính quy
: Khoa học Môi trường
: K46 – KHMT - N02
: Môi Trường
: 2014 – 2018
: TS Dư Ngọc Thành

Thái Nguyên, năm 2018


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 chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại
Phường Thịnh Đán ,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, TS:DƯ NGỌC THÀNH 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, cảm ơn gia đình ông Hoàng
Văn Thăng 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 Phường Thịnh Đán –TP
Thái Nguyên - 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 2018
Sinh viên

LUÂN VĂN LÝ


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Số lượng lợn phân theo vùng giai giai đoạn 2010 – 2016 ..............................8
Bảng 2.2: Số lượng trang trại chăn nuôi phân theo vùng năm 2016 .............................10

Bảng 2.3. Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu .................................13
Bảng 2.4: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật.................................16
Bảng 2.5: Thành phần của KSH ....................................................................................16
Bảng 2.6: Tỷ lệ C/N của một số loại phân ....................................................................17
Bảng 2.7: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí ..................18
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. Lượng nước thải phát sinh từ chăn nuôi .......................................................37
Bảng 4.3. Kết quả quan trắc nước thải chăn nuôi trước và sau khi sử lý bằng Biogas
ngày 17/4/2018 .............................................................................................38
Bảng 4.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nước mặt ao bèo ......................................43


iii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1: Số lượng lợn ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2017 ...........................................8
Hình 2.1: Thiết bị KSH nắp cố định ..............................................................................23
Hình 2.2. Hình ảnh minh họa ........................................................................................24
Hình 2.3. Mô hình Biogas trong thực tế ........................................................................25
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 ............39
Hình 4.3: Biểu đồ so sánh hàm lượng BOD5 đầu vào và đầu ra của bể Biogas ..........40
Hình 4.4: Biểu đồ so sánh hàm lượng NTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .............41
Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng PTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .............42
Hình 4.6 : Biểu đồ so sánh hàm lượng TSS đầu vào và đầu ra của bể biogas ..............42


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
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 nghiên cứu của đề tài.................................................................................2
1.2.1. Mục tiêu chung ......................................................................................................2
1.3. Yêu cầu của đề tài.....................................................................................................3
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
2.1.1. Định nghĩa 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 .....................................................5
2.1.5. Ứng dụng của chất thải chăn nuôi .........................................................................6
2.1.6. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam .....................................................................7
2.2. Biogas và công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi ................................11
2.2.1. Khái niệm Biogas ................................................................................................11
2.2.2. Đặc tính Biogas ...................................................................................................12
2.2.3. Khái niệm Công trình Khí Sinh Học: ..................................................................12
2.2.4. Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí Biogas............................................12
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh Biogas ................................................14
2.2.6. Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất ...............................................18
2.2.7. Bể Biogas và Bể yếm khí Biogas các yếu tố ảnh hưởng và duy trì hệ thống
Biogas ...................................................................................................................19


vi

2.2.8. vi sinh vật ứng dụng trong chăn nuôi ..................................................................20
2.2.9. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas...............................21
2.2.10. Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam ............................................................23
2.3. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới và ở Việt Nam .........................................25
2.3.1. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới ...............................................................25
2.3.2. Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam ..............................................................26
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
3.4.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp .................................................................29
3.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ...................................................................30
3.4.3. Phương pháp phòng thí nghiệm...........................................................................30
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .........................................32
4.1. Khái quát về Trại Lợn hộ gia đình ông Hoàng văn Thăng .....................................32
4.1.1. Điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật của Trại lợn hộ gia đình ông Hoàng văn Thăng .32
4.1.2.Tình hình sản xuất chăn nuôi lợn tại Trại lợn ông Hoàng Văn Thăng .....................33
4.2. Đánh giá thực trạng sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại
trang trại lợn hộ gia đình ông Hoàng văn Thăng . ................................................35
4.2.1.Hiện trạng nước thải từ trang trại .........................................................................35
4.2.2. Hệ thống xử lý chất thải Trại lợn ông Hoàng Văn Thăng ...................................35
4.2.3. Nguyên tắc vận hành ...........................................................................................36
4.2.4. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi của bể Biogas ..............................37
4.2.5. Đánh giá môi trường nước mặt ao( ao bèo). .......................................................43
4.2.6. Đánh giá hiệu quả đối với môi trường từ việc sử dụng Biogas tại trang trại....44
4.2.7. Đánh giá hiệu quả từ việc sử dụng Biogas tại trang trại .....................................46

vii
4.3.Những khó khăn thuận lợi và đề xuất một số giải pháp khắc phục và nâng cao
hiệu quả sử dụng Biogas .......................................................................................47
4.3.1. Những thuận lợi ...................................................................................................47
4.3.2.Những khó khăn ...................................................................................................47
4.3.3. Đề xuất một số giải pháp và nâng cao hiệu quả sử dụng Biogas ........................48
PHẦN 5. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ ...........................................................................50
5.1. Kết luận...................................................................................................................50
5.2. Kiến nghị ................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................51
PHỤ LỤC


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


2
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.
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 chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại Phường Thịnh Đán,

TP Thái Nguyên, 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 nghiên cứu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu chung
Đánh giá được hiệu quả xử lý môi trường của bể Biogas Plastic nổi trong
xử lý chất thải chăn nuôi lợn
Đánh giá hiệu quả mô hình Biogas đem lại
Xem xét đề xuất mô hình Biogas hiệu quả cao trong chăn nuôi


3
1.2.2.Mục tiêu cụ thể
- Đánh giá hiệu quả sử lý nước thải chăn nuôi của bể Biogas Plastic nổi
tại trại
- Thu thập số liệu, mẫu nước đem về phân tích và đánh giá hiệu quả sử lý
của bể Biogas Plastic
- Học hỏi được những kiến thức khi làm việc tại trang trại để áp dụng đối
với cá nhân sau này, thu thập số liệu để hoàn thành báo cáo.
1.3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của bể Biogas tại Trại lợn hộ gia
đình ông Hoàng văn Thăng
- Tình hình sử dụng Biogas tại trang Trại
- Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử dụng Biogas tại trang trại lợn
hộ gia đình ông Hoàng văn Thăng
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. 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].
2.1.1.1. 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”.
2.1.1.2. 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 cá…
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% 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].


5
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, rơ 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 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. 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


6
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 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.
- 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.
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.


7
- Làm thức ăn thủy sản: Trong nghề nuôi cá 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 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].
2.1.6. Tình hình chăn nuôi lợn ở Việt Nam
Theo đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO): Châu Á sẽ trở
thành khu vực sản xuất và tiêu dùng các sản phẩm chăn nuôi lớn nhất. Chăn
nuôi Việt Nam, giống như các nước trong khu vực phải duy trì mức tăng
trưởng cao nhằm đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước và từng bước
hướng tới xuất khẩu. Trong thời gian qua, ngành chăn nuôi lợn của nước ta có
biến động cả về tốc độ phát triển, phân bố lại địa bàn và phương thức sản
xuất, đồng thời xuất hiện nhiều nhân tố bất ổn như gây ô nhiễm môi trường
trầm trọng, vệ sinh an toàn thực phẩm và nhiều dịch bệnh mới… Trong giai
đoạn 2010 – 2017, số đầu lợn trên cả nước có những thay đổi đáng kể, được
thể hiện qua hình dưới đây. [11]


8

40.00

số lượng lợn nuôi (triệu…

33.75

35.00
30.00

27.37

27.06

26.49

26.26

26.76

27.75

29.07

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

25.00
20.00
15.00
10.00

5.00
Thg2 2017

số lượng lợn nuôi (triệu con)

Hình 2.1: Số lượng lợn ở Việt Nam giai đoạn 2010 – 2017
Nguồn: Tổng cục thống kê, 2010-2017
Số liệu từ biểu đồ cho ta thấy số lượng lợn nuôi trên cả nước có biến
động đáng kể qua các năm trong giai đoạn 2010 – 2017. Số lượng lợn trên cả
nước liên tục giảm, năm 2013 số lượng lợn giảm 4% so với năm 2010. Năm
2014, số lượng lợn nuôi của nước ta là 26,7 triệu con, dự kiến năm 2015 là
27,1 triệu con (Cục chăn nuôi, 2015). Chăn nuôi lợn ở nước ta cũng có sự
khác nhau theo các vùng miền, cụ thể như sau
Năm

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Đồng bằng sông Hồng

7301,0

7092,2

6855,2

6759,5

8892,8

6824,8

7414,4

Trung Du và miền núi
phía Bắc

6602,1

6424,9

6346,9

6328,8

6697,0

6626,4

7175,5

5552,9

5253,3

5084,9

5099,4

6799,0

5207,5

5420,6

Tây Nguyên

1633,1

1711,7

1704,1

1722,3

1551,3

1742,3

1903,3

Đông Nam Bộ

2485,3

2801,4

2780,0

2758,8

3004,9

2890,2

3358,5

Đồng bằng sông Cửu
Long

3798,9

3772,5

3722,9

3595,6

5824,6

3470,4

3803,0

Vùng

Bắc Trung Bộ và Duyên
hải miền Trung

Bảng 2.1: Số lượng lợn phân theo vùng giai giai đoạn 2010 – 2016


9
Số liệu từ biểu đồ cho ta thấy số lượng lợn nuôi trên cả nước có biến
động đáng kể qua các năm trong giai đoạn 2010 – 2017. Số lượng lợn trên cả
nước liên tục giảm, năm 2013 số lượng lợn giảm 4% so với năm 2010. Năm
2014, số lượng lợn nuôi của nước ta là 26,7 triệu con, dự kiến năm 2015 là
27,1 triệu con (Cục chăn nuôi, 2015). Chăn nuôi lợn ở nước ta cũng có sự
khác nhau theo các vùng miền, cụ thể như sau:
Từ bảng cho thấy vùng Đồng Bằng Sông Hồng là khu vực có tình hình
chăn nuôi phát triển nhất trong cả nước, tiếp đó là Trung Du và miền núi phía
Bắc, Bắc Trung Bộ và Duyên Hải miền Trung và Đồng bằng sông Cửu Long.
Tuy nhiên số lượng lợn ở những vùng này đang có chiều hướng giảm từ năm
2010– 2013. Bên cạnh đó các vùng như Tây Nguyên và Đông Nam Bộ lại có
xu hướng tăng. Đặc biệt là vùng Đông Nam Bộ tăng tới 11%. Về quy mô
chăn nuôi lợn ở Việt Nam qua các năm có nhiều biến động. Theo Gautier và
cộng sự (2009), phần lớn là chăn nuôi nhỏ lẻ trong các hộ nông dân. Loại quy
mô này (1 – 10 con) chiếm tới khoảng 80% tổng đàn lợn, các hình thức chăn
nuôi khác với quy mô lớn hơn chỉ mới chiếm khoảng 20%. Trong đó quy mô

chăn nuôi trung bình (5-10 nái hay 30 – 100 lợn thịt ) chiếm 10%, quy mô
chăn nuôi khá lớn (20-500 nái hay 100 – 4000 lợn thịt) chiếm 5%, cuối cùng
là chăn nuôi lớn (trên 500 nái hay trên 4000 lợn thịt) là 5% . Đến năm 2014,
theo ông Nguyễn Văn Trọng, Phó Cục trưởng Cục Chăn nuôi, chăn nuôi lợn ở
nước ta phổ biến là quy mô nhỏ, chiếm 70% về đầu con và 60% về sản lượng,
phân tán trong nông hộ với trên 4 triệu hộ; trong đó chỉ có 1% số hộ nuôi từ
50 con trở lên, 12,7% số hộ nuôi 1050 con trở lên, 12,7% số hộ nuôi 10-50 con, số hộ nuôi 1-2 con chiếm
tới 51,8%.[3]


10
Tuy nhiên, các năm gần đây xu hướng chăn nuôi lợn theo quy mô trang
trại đang ngày càng phát triển. Năm 2011 cả nước có 6.267 trang trại chăn
nuôi,năm 2012 là 8.133 trang trại và đến năm 2013 là 9.206 trang trại. Số
lượng trang trại chăn nuôi được phân bố ở các vùng khác nhau trên cả nước.
Cụ thể được thể hiện trong bảng dưới đây.
Bảng 2.2: Số lượng trang trại chăn nuôi phân theo vùng năm 2016

Vùng

Số lượng
trang trại

Đồng

Trung du

Bắc trung

Đồng

bằng

và miền

bộ và

Tây

Đông

Bằng

sông

núi phía

Duyên hải

Nguyên

Nam Bộ

sông Cửu

Hồng

Bắc

miền Trung

3.779

917

886

Long
478

2204

942

Nguồn: Tổng cục thống kê chăn nuôi Việt Nam.
Chăn nuôi theo hướng trang trại sẽ có điều kiện tốt hơn về quy mô và
mức đầu tư để có thế áp dụng các kỹ thuật tiên tiến nhằm cải thiện năng suất
sản xuất và nâng cao hiệu quả chăn nuôi. Ngoài ra, chăn nuôi trang trại còn
tận dụng tốt tiềm năng quỹ đất ở các vùng gò đồi, đất hoang hóa, tạo công ăn
việc làm tăng thu nhập cho người dân. Việt Nam cần có chiến lược phát triển
chăn nuôi trong thời kì hiện nay. Ngày 16 tháng 01 năm 2008, thủ tướng
Chính phủ ra Quyết định số 10/2008/QĐ – TTg về việc phê duyệt “ Chiến
lược phát triển chăn nuôi đến năm 2020” . Theo chiến lược này:
+ Đến năm 2020 ngành chăn nuôi cơ bản chuyến sang sản xuất phương
thức trang trại, công nghiệp đáp ứng phần lớn nhu cầu thực phẩm đảm bảo
chất lượng cho tiêu dùng và xuất khẩu.
+ Tỷ trọng chăn nuôi trong nông nghiệp đến năm 2020 đạt trên 42%,
trong đó năm 2010 đạt khoảng 32% và năm 2016 đạt 39%.
+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh

11
+ Đảm bảo an toàn dịch bệnh và vệ sinh thực phẩm, khống chế các bệnh
nguy hiểm trong chăn nuôi.
+ Các cơ sở chăn nuôi, nhất là theo phương thức trang trại, công
nghiệp và giết mổ, chế biến gia súc phải có hệ thống xử lý chất thải, bảo vệ
môi trường và giảm ô nhiễm môi trường. Cụ thể hơn, Bộ NN & PTNT đã
ra Kế hoạch phát triển chăn nuôi lợn từ 2016 – 2020 như sau: Đến năm
2020, tổng đàn heo đạt 28,7 triệu con, tốc đô tăng bình quân hàng năm
1,07%. Trong đó, đàn heo ngoại và heo lai đạt trên 90%, tổng đàn heo nái
khoảng 3,0 – 3,5 triệu con. [11]
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 .
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


12

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:


13
Bảng 2.3. 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


14
metan, Cacbonic,Oxy, Nitơ, Hidro, Sunfua… các vi sinh vật tham gia vào quá
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.


15
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.


16
Bảng 2.4: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật
Động vật

Lượng nước (%)

Thành phần phân rắn
Nitơ %

P2O5 %

K2O %

Trâu, bò

80

1,67

1,11

0,056

Ngựa

75

2,29

1,25

1,38

Lợn

82

3,75

3,13

2,2

Gà

56

6,27

5,92

3,27

Chim bồ câu

52

5,68

5,74

3,23

(Nguồn: Bộ NN & PTNT, Cục chăn nuôi, 2008)[3]
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 2.5: Thành phần của KSH
Loại khí

Tỷ lệ (%)

Loại khí

Tỷ lệ (%)

Methane - CH4

50-70

Hidro - H2

0-3

Cacbonic - CO2

30-45

Oxy - O2

0-3

Nitơ - N2

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