Đánh giá tình hình áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên sẽ góp một phần giải quyết các vấn đề trên.

Trang 1 TẠ VĂN PHƯƠNG Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH ÁP DỤNG BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN XÃ PHÚ LẠC - HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN KHÓA LUẬN TỐT N

TẠ VĂN PHƯƠNG

Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH ÁP DỤNG BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG

XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN XÃ PHÚ LẠC -

HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Khoá học : 2010 - 2014

Thái Nguyên, năm 2014

dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc _huyện Đại Từ_ tỉnh Thái Nguyên” đến nay tôi đã hoàn thành đề tài của mình

Để có kết quả như ngày hôm nay, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của nhiều tổ chức, cá nhân Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS Nguyễn Đức Nhuận, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu

và hoàn thành luận văn

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và tạo điều kiện của UBND xã Phú Lạc và đặc biệt là các hộ gia đình trong xã đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu và thu thập thông tin

Cuối cùng, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em hoàn thành tốt việc học tập, nghiên cứu đề tài trong suốt thời gian vừa qua

Vì thời gian và khả năng có hạn nên khóa luận tốt nghiệp của em không tránh khỏi những thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

STT Chữ viết tắt Diễn giải

3 CTKSH Công trình khí sinh học

7 PTNT Phát triển nông thôn

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu chung 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

1.3 Yêu cầu của đề tài 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 3

1.4.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 3

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở lý luận 4

2.1.1 Cơ sở khoa học 4

2.1.1.1 Khái niệm chất thải 4

2.1.1.2 Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm 4

2.1.1.3 Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 7

2.1.2 Cơ sở thực tiễn 21

2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trong và ngoài nước 22

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 22

2.2.1.1 Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học của một số nước trên thế giới.22 2.2.1.2 Tình hình nghiên cứu phân hữu cơ trên thế giới 23

2.2.1.3 Tình ứng dụng chế phẩm sinh học trên thế giới 24

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 25

2.2.2.1 Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam 25

2.2.2.2 Tình hình sử dụng nguyên liệu làm phân hữu cơ ở Việt Nam 26

2.2.2.3 Tình hình ứng dụng chế phẩm sinh học tại Việt Nam 27

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 30

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 30

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 30

3.2 Nội dung nghiên cứu 30

3.2.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội xã Phú Lạc 30

3.2.2 Khái quát tình hình chăn nuôi 30

3.2.3 Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc 30

3.2.4 Đề xuất giải pháp nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 31

3.3 Phương pháp nghiên cứu 31

3.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 31

3.3.3 Phương pháp tham khảo ý kiến các chuyên gia 31

3.3.4 Phương pháp tổng hợp, thống kê số liệu 31

3.3.5 Phương pháp phân tích bằng các chỉ tiêu giá trị 32

Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Phú Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên 33

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 33

4.1.1.1 Vị trí địa lý: 33

4.1.1.2 Địa hình 34

4.1.1.3 Thổ nhưỡng 34

4.1.1.4 Đặc điểm khí hậu, thời tiết 34

4.1.2.1 Dân số và lao động 35

4.1.2.2 Hệ thống cơ sở hạ tầng 36

4.1.2.3 Văn hóa - y tế - giáo dục - An ninh quốc phòng 37

4.1.2.4 Tốc độ tăng trưởng kinh tế - cơ cấu ngành 39

4.1.2.5 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp 40

4.1.3 Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội 42

4.1.3.1 Thuận lợi: 42

4.1.3.2 Khó khăn 43

4.2 Khái quát tình hình chăn nuôi xã Phú Lạc 44

4.3 Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã 45

4.3.1 Tình hình chất thải chăn nuôi trên địa bàn và nhận thức của người dân về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 45

4.3.1.1 Kết quả khảo sát lượng chất thải chăn nuôi gia súc, gia cầm trên địa bàn 45

4.3.1.2 Trình độ nhận thức của người dân về vấn đề xử lý chất thải chăn nuôi.46 4.3.2 Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 47

4.3.3 Đánh giá kết quả và hiệu quả của các biện pháp sinh học được áp dụng49 4.3.3.1 Đánh giá hiệu quả về môi trường 49

4.3.3.2 Hiệu quả kinh tế 52

4.3.3.Xác định được ưu, nhược điểm của từng phương pháp áp dụng 56

4.3.3.2 Hiệu quả xã hội 60

4.3.4.2 Những khó khăn 60

4.4 Một số giải pháp chủ yếu nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh học trên địa bàn 61

4.4.1 Giải pháp chung 61

4.4.2 Giải pháp cụ thể: 61

Phần 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63

5.1 Kết Luận 63

5.2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

Bảng 2.2: Tính chất của chất thải động vật 5

Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật 6

Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 14

Bảng 2.5: Lượng phân chuồng từ một số loài vật nuôi 18

Bảng 2.6 Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng…….……… 19

Bảng 4.1: Thành phần dân tộc 35

Bảng 4.2 Tình hình gia tăng dân số giai đoạn 2010-2013 36

Bảng 4.3 Tỷ lệ hộ nghèo và cận nghèo của xã Phú Lạc 39

Bảng 4.4: Diện tích đất nông nghiệp xã Phú Lạc 40

Bảng 4.5 Tình hình chăn nuôi của xã Phú Lạc năm 2013 44

Bảng 4.6: Chất thải trung bình của vật nuôi 45

Bảng 4.7 Nhận thức của người dân về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 47

Bảng 4.8 Tình hình áp dụng các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi của các hộ điều tra 47

Bảng 4.9 Hiệu quả về mặt môi trường của các biện pháp xử lý 49

Bảng 4.10:Tác động của Biogas đến môi trường sống 51

Bảng 4.11 Tổng chi phí đầu tư cho biogas 52

Bảng 4.12 So sánh một số chất đốt với 1m 3 khí sinh học 53

Bảng 4.13 Chi phí lợi ích của biogas( ĐVT: Triệu đồng) 53

Bảng 4.14 Tổng chi phí cho ủ phân 54

Bảng 4.15 Tổng chi phí làm đệm lót cho 30- 50 m2 xử lý chất thải chăn nuôi gà 55

Bảng 4.16.Đánh giá ưu nhược điểm của các biện pháp xử lý 56

Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2 15

Hình 2.3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức – Thái Lan) 15

Hình 2.4 Túi biogas bằng plastic 16

Hình 2.5 Hầm biogas bằng vật liệu composite 17

Hình 4.1: Sơ đồ vị trí địa lý xã Phú Lạc 33

Hình 4.2: Cơ cấu kinh tế xã Phú Lạc 4040

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là nước có tới 70% dân số sản xuất nông nghiệp, trong đó chủ yếu là trồng trọt và chăn nuôi Ngày nay cùng với sự xuất hiện và phát triển của nền kinh tế thị trường, khu vực kinh tế nông thôn có nhiều khởi sắc và chuyển biến rõ rệt Cơ cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn có nhiều thay đổi, ngành chăn nuôi đang từng bước phát triển và giữ vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho xã hội đặc biệt khi sự bùng

nổ dân số và quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ như hiện nay Tăng trưởng chăn nuôi kéo theo các vấn đề về môi trường, tác hại của chất thải chăn nuôi đã bắt đầu rõ nét ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam Chất thải chăn nuôi có mùi hôi, thối, làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất, ô nhiễm nguồn nước gây nên các bệnh về tiêu hóa, đường hô hấp, viêm da, …ảnh hưởng đến sức khoẻ và đời sống người dân

Nguyên nhân chủ yếu do hầu hết người chăn nuôi chưa có biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi, vứt xác gia cầm, gia súc bừa bãi và hệ thống thoát nước làm cho tình trạng ô nhiễm môi trường chăn nuôi chưa được khắc phục triệt để và

có chiều hướng gia tăng Nhiều năm qua, chất thải vật nuôi được xử lý bằng 3 biện pháp chủ yếu là: thải trực tiếp ra kênh mương, ao, hồ; được ủ làm phân bón cho cây trồng; và được xử lý bằng công nghệ sinh học (biogas) Ngoài ra còn một số biện pháp khác như xử lý chất thải bằng thực vật thuỷ sinh ( cây muỗi nước, bèo lục bình…), xử lý bằng động vật hay bằng vi sinh vật nhưng chưa được nhân rộng

Trước thực tế trên đòi hỏi phải có sự đánh giá đúng thực trạng, thấy rõ được các tồn tại để từ đó đưa ra các giải pháp mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn

Vì vậy, việc nghiên cứu đề tài: “Đánh giá tình hình áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc_huyện Đại Từ_Tỉnh Thái Nguyên” sẽ góp một phần giải quyết các vấn đề trên

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu chung

Khảo sát, đánh giá thực trạng áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng Từ

đó đề xuất các giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi tại địa phương Đưa ra cái nhìn khách quan về ý thức bảo

vệ môi trường của một số hộ gia đinh chăn nuôi

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Mục tiêu về kiến thức:

+ Điều tra, thu thập thông tin về tình hình chăn nuôi trên địa bàn

+Tiến hành điều tra, đánh giá tình hình sử dụng các biện pháp sinh học

( Biogas, chế phẩm, ủ phân, ) tại vùng nghiên cứu và hiệu quả của từng biện pháp

+ Đề xuất một số giải pháp nhằm nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

- Mục tiêu về kĩ năng:

+ Nắm được các kĩ năng quan sát, phân tích, đánh giá, tổng hợp và tự chủ trong công việc

- Mục tiêu về thái độ

+ Biết cách làm việc và phát huy tính độc lập trong công việc

+ Biết cách ứng xử tốt tại cơ sở

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Xác định được các biện pháp sinh học đang áp dụng trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn,đánh giá hiệu quả của các biện pháp

- Số liệu thu thập phải chính xác, khách quan, trung thực

- Tiến hành điều tra theo bộ câu hỏi: bộ câu hỏi phải dễ hiểu, đầy đủ các thông tin cần thiết cho việc đánh giá

- Các kiến nghị đưa ra phải phù hợp với tình hình địa phương và có tính khả thi cao

1.4 Ý nghĩa của đề tài

1.4.1 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

- Khoá luận giúp cho sinh viên có thể vận dụng được các kiến thức đã học vào trong thực tiễn

- Nâng cao nhận thức và sự hiểu biết về các biện pháp sinh học trong xử

lý chất thải chăn nuôi

- Đồng thời, khoá luận cũng giúp sinh viên nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Là cơ sở để các nhà quản lý, lãnh đạo và các ban ngành tham khảo để đưa ra các phương hướng để phát triển tiềm năng thế mạnh, giải quyết những khó khăn, trở ngại nhằm phát triển chăn nuôi

Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Cơ sở khoa học

2.1.1.1 Khái niệm chất thải

Có nhiều định nghĩa khác nhau về chất thải Trong đó: “Chất thải là mọi thứ mà con người, thiên nhiên và quá trình con người tác động vào thiên nhiên thải ra môi trường”

Chất thải là các chất hoặc vật liệu mà người chủ hoặc người tạo ra chúng hiện tại không sử dụng và thải bỏ chúng

Chất thải là sản phẩm được phát sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con người, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, giao thông, sinh hoạt gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn…

2.1.1.2 Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm

A Chất thải chăn nuôi

* Khái niệm chất thải chăn nuôi

- Chất thải chăn nuôi: là những chất thải của vật nuôi và cả những chất độn chuồng Chất thải chăn nuôi được phân ra làm 3 loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí (Bộ NN & PTNT,Cục Nông nghiệp, 2005 Chất thải

đó là một lượng lớn chất thải hữu cơ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất cao.)[2]

* Lượng chất thải chăn nuôi thải ra

Theo Lochr (1984) được trích dẫn bởi Lăng Ngọc Huỳnh (2000) lượng phân của gia súc có thể thay đổi theo lượng thức ăn mỗi ngày như vậy có thể thay đổi theo thể trọng Lượng phân và nước thải của vật nuôi được Lê Văn Căn (1983) ghi nhận như sau:

Bảng 2.1 Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong vòng 24 giờ

Loại vật nuôi Phân tươi (kg) Nước tiểu (kg)

* Thành phần, tính chất của chất thải

Thành phần, tính chất của các loại chất thải có sự khác nhau giữa các loại gia súc Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân huỷ sinh học và năng suất sản sinh Biogas Các số liệu được thống kê và so sánh được trình bày trong bảng 2.2

(Nguồn: Le Thi Xuan Thu, Biogas Engineer/Extension in charge – Biogas Project Division – The Biogas Program for Animal husbandry sector of Viet

Nam)

Ngoài chất thải động vật và con người, thực vật cũng là nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất Biogas và phân bón sinh học

Đối với Việt Nam, một quốc gia có nền nông nghiệp là chính, đặc biệt về chăn thả gia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn Khối lượng chất thải của động vật thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện chăn nuôi và chuồng trại Lượng phân động vật sản xuất một năm ước tính theo bảng 2.3

Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật

Động vật

Tấn/năm ( tính trên 454 kg thịt sống)

Hàm lượng Nito ( kg/năm/454kg thịt

sống) Trong nước

tiểu Trong phân Tổng

b Nguy cơ ô nhiễm môi trường

- Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật (Luật BVMT năm, 2005)[8]

- Ô nhiễm do kim loại nặng: Các nguyên tố vi lượng, kim loại nặng, vật nuôi không tiêu hóa hết bài tiết ra ngoài theo đường phân làm thoái hóa đất, ức chế hoạt động của VSV, ô nhiễm nước ngầm, tích tụ trong nội tạng người và vật nuôi là nguyên nhân gây các loại bệnh tật

- Ô nhiễm do khí độc: Trong phân, nước thải của lợn có khoảng 40 loại khí độc khác nhau sinh ra từ quá trình thối rữa thức ăn thừa và xác động thực vật do hoạt động sống của vi khuẩn yếm khí Các khí thải H2S, NH3, CH4, CO2, N2O gây mùi hôi thối khó chịu, kích thích trung khu hô hấp của người và vật nuôi, có thể gây ngộ độc hoặc tử vong

- Ô nhiễm do vi sinh vật và ký sinh trùng gây bệnh: Theo tài liệu của FAO có khoảng 90 loại bệnh liên quan giữa người và gia súc mà phần lớn do các vi sinh vật và ký sinh trùng (KST) lan truyền từ chất bài tiết của vật nuôi bị bệnh vào không khí, nguồn nước, đất, nông phẩm, trong đó phổ biến và nguy hiểm nhất là nhóm vi khuẩn gây bệnh đường ruột [5]

2.1.1.3 Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

a Phương pháp sử dụng bể Biogas

* Khí sinh học

- Khí sinh học (Biogas) là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện yếm khí (không có không khí), VSV phân hủy các chất tổng hợp và sinh ra khí Biogas là một hỗn hợp khí bao gồm Metan (CH4), Cacbon Dioxit (CO2), Nito (N2) và Hydro sunphat (H2S) Thành phần chủ yếu của Biogas là Metan (chiếm 60 – 70%) và Cacbon dioxit (chiếm 30 – 40%)(Bộ NN & PTNT,2011)[1]

- Hầm biogas là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn nuôi, sản xuất được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas - được sử dụng

như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất(Bộ NN & PTNT,2011)[1]

* Nguyên lý của quá trình chuyển hóa

Về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một hợp chất dạng khí – khí sinh học ( biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là mêtan và cacbon dioxide, trong đó thành phần mêtan chiếm 60 – 70% Quá trình này được gọi là quá trình lên men kị khí hoặc quá trình sản xuất khí mêtan sinh học

Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối… trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của VK kị khí chiếm ưu thế, chuyển hóa các hợp chất dạng hydrocacbon Các thành phần dinh dưỡng như hợp chất chứa nitơ dạng hòa tan sẽ vần tồn tại trong dung dịch sau phân hủy và là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng cho đất mùn

Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn thủy phân (Hydrolysis)

- Giai đoạn khử axit (Acidgensis)

- Giai đoạn lên men metan (Methanogenesis)

* Giai đoạn tạo axit (thủy phân)

Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ bị khử thành các monomer (phân tử cơ bản) Sản phẩm của quá trình bao gồm:

- Chất béo axit béo

- Protein amino axit

- Hydratcacbon đường

Sản phẩm của giai đoạn này sẽ được các VK lên men chuyển hóa, hình thành các sản phẩm như:

- H2, H2O, CO2, H2S

- Axit acetic CH3COOH

- Rượu và các axit hữu cơ yếu

* Giai đoạn khử axit

Trong bước này vi khuẩn Acetogen sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu

cơ yếu thành các sản phẩm sau:

- H, H2O, CO2

- Axit acetic CH3COOH

* Giai đoạn tạo CH 4

Trong bước 3 – bước cuối cùng của quá trình chuyển hóa, axit acetic được hình thành ở bước 1 và 2 sẽ chuyển hóa thành CH4 và CO2 nhờ hoạt động của VK mêtan

Trong quá trình phân hủy sẽ xuất hiện các bọt khí H2S nhỏ và tích lũy một phần nhỏ trong thành phần khí Biogas Khí H2S được sinh ra trong giai đoạn thủy phân khi các VSV bẻ gãy amino axit methionine thiết yếu Trong giai đoạn mêtan hóa, H2S cũng tiếp tục được sinh ra do các nhóm VSV khử sunphat khác nhau sử dụng axit béo (đặc biệt là acetat), protein làm nguồn cơ chất cho quá trình phân hủy

Cả 3 giai đoạn trên càng có sự liên kết thì quá trình phân hủy, lên men chất hữu cơ trong hầm ủ diễn ra càng nhanh

c Thành phần, tính chất biogas

Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng

7000C Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng Biogas khoảng 8700C

Thành phần Biogas bao gồm 50 -70% CH4; 35 - 50% CO2; hàm lượng hơi nước khoảng 30 – 160g/m3; hàm lượng H2S 4 - 6 g/m3 Giá trị năng lượng khoảng 5,96 kWh/m3 và tỷ trọng 0,94 kg/m3 Lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy của Biogas khoảng 5,7 m3 không khí/ m3 biogas, với tốc độ cháy khoảng 40 cm/s Hàm lượng CH4 sinh ra đối với từng loại chất thải điển hình được liệt kê như sau:

- Chất thải của trâu, bò: 65%

- Chất thải của gia cầm: 60%

- Chất thải của lợn: 67%

Lượng khí sinh ra được xác định bằng (Nm3) biogas hoặc (Nm3) CH4 Việc xác định theo (Nm3) biogas sẽ nhanh hơn, nhưng không chính xác bằng phương pháp xác định theo (Nm3) CH4

Quá đó giá trị năng lượng của 1 m3 biogas chứa 62% CH4 khoảng 22MJ, tương ứng với năng lượng điện khoảng 6kWh Về hệ số tỷ lượng cháy, nhu cầu

không khí cho quá trình cháy khoảng 9,6 m3 không khí/ m3 CH4, tức khoảng 5,75 m3 không khí/ m3 biogas(Nguyễn Quang Khải, 2006, Nxb Nông nghiệp)[6]

* Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học

Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo Biogas được thực hiện bởi các nhóm VSV Các VSV này sử dụng một số enzyme để làm chất xúc tác cho phản ứng sinh học Hoạt động của các enzyme này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng (hay còn gọi là điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quy trình chuyển hóa sinh học Các yếu tố hóa lý quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, yếu

tố gây độc, tốc độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu trong hầm Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xét trên nhiều khía cạnh khác nhau được trình bày chi tiết như sau:

• Nhiệt độ

Trong quá trình phân hủy tạo Biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng (yếu tố gây độc), độ hòa tan của CO2 và thành phần biogas sinh ra Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao

Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 100C Tuy nhiên, điều này hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại VK tham gia vào quá trình chuyển hóa Biogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định Ba khoảng nhiệt độ mà VK hoạt động hiệu quả nhất là:

- T <150C: Khoảng hoạt động của VK ưa lạnh;

- T = 15 - 450C: Khoảng hoạt động của VK ưa nhiệt độ trung bình;

- T = 45 - 650C: Khoảng hoạt động của VK ưa nhiệt;

Trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ hoạt động của hai nhóm VK

ưa nhiệt trung bình (khoảng 25 - 370

C) và VK ưa nhiệt (khoảng 550C) là quan trọng vì quá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 100C Vấn đề ảnh hướng thứ 2 của nhiệt độ là độ hào tan của CO2 và kim loại năng Độ tan của CO2 giảm khi nhiệt độ tăng và ngược lại, ở nhiệt độ thấp hàm lượng CO2 hòa tan trong pha lỏng sẽ cao Đối với kim loại nặng, khả năng hòa

tan tăng theo nhiệt độ và do đó, tại nhiệt độ cao, sự có mặt của chúng có thể là yếu tố gây độc

Một điểm bất lợi của quá trình phân hủy nhiệt độ cao đó là trong thành phần Biogas sinh ra sẽ có sự hiện diện của khí H2S, tác nhân gây mùi hôi

• Thời gian lưu

Thời gian lưu được tính bằng tỷ số giữa thể tích hầm phân hủy và thể tích nguyên liệu đi vào hầm trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày

Thể tích hầm phân hủy (m3)

T (ngày) =

Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m3/ ngày)

Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho VK có tốc độ phát triển chậm nhất có thể tái sinh Nếu thời gian lưu nước lớn hơn 10 ngày, ở nhiệt độ

350C, lượng biogas sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định, đối với VK ưa nhiệt trung bình, thời gian phân hủy tối ưu khoảng 20 – 30 ngày Đối với VK ưa nhiệt thời gian phân hủy chỉ từ 3-10 ngày nếu thời gian lưu có tăng lên nữa thì lượng biogas cũng không tăng thêm nhiều Do đó, thời gian lưu càng lâu, hiệu quả của quá trình càng thấp.Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh

• Độ PH

Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH e" 7,0 (trong môi trường độ kiềm yếu)

Sự xuất hiện một số ion sau có thể làm ảnh hưởng đến pH của hầm: HCO3-, H2CO3-, NH4+, CH3COO-, Ca2+… gốc HCO3- góp phần làm tăng độ kiềm bicacbonat thông qua phản ứng thuận nghịch sau:

HCO3- + CH3COOH ”! H2O + CO2 + CH3COO-

Dãy pH tối ưu của hầm ủ nằm trong khoảng trung tính (6,8 – 7,4) Khi tỷ

lệ sinh các axit béo bay hơi vượt quá khả năng VK mêtan hóa có thể sử dụng,

pH sẽ giảm xuống dưới mức tối ưu Để tăng pH trở lại, quy trình vận hành cần

bổ sung thêm độ kiềm cho hầm phân hủy, lấy từ nguồn bên ngoài Độ kiềm bicacbonat trong quá trình phân hủy kị khí cần duy trì ở mức ≥ 1.000 mg CaCO3/l để đảm pH thích hợp Nếu vận hành đúng theo nguyên tắc, tỷ lệ axit bay hơi và độ kiềm tổng cộng phải duy trì ở mức 0,5

Sự thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzyme Các VSV và enzyme của chúng rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối ưu, thể hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng hoạt hóa của các enzyme Mỗi enzyme chỉ có hoạt tính trong một dãy pH nhất định Hiện tượng pH bị lệch khỏi khoảng pH tối ưu có thể gây ra các tác động sau đây đối với các enzyme:

- Làm thay đổi độ ổn định của các nhóm enzyme có khả năng ion hóa

- Làm thay đổi các thành phần enzyme không có khả năng oxy hóa trong hệ thống

- Làm biến tính hệ enzyme

Các VK mêtan hóa nhạy cảm với sự thay đổi pH hơn so với VK axit hóa

và chỉ hoạt động trong khoảng pH hẹp (pH tối ưu cho hoạt động của VK mêtan hóa khoảng 6,8 – 8,5; VK axit hóa có thể tồn tại trong môi trường pH thấp khoảng 5,5)

Nồng độ và dạng tồn tại của amoniac cũng có ảnh hưởng quan trọng đến

pH của hầm ủ Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định trạng thái tồn tại của amoniac (NH3), amoniac tồn tại ở dạng NH4+ không gây độc đối với VK, ngược lại với ammoniac tự do Nồng độ NH3 ở mức 100ppm sẽ rất độc và có thể là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ

• Tỷ lệ C/N

Để tạo điều kiện sinh trưởng và phát triển tối ưu của VK, điều cần thiết là phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dạng các hợp chất hóa học với nồng độ thích hợp Cacbon và nitơ (có trong protein, nitrat…) là những thành phần dinh dưỡng chính của VK kị khí Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lượng N sẽ bị VK mêtan hóa tiêu thụ nhanh để tổng hợp protein của chúng và sẽ không còn đủ để phản ứng với lượng C còn lại trong nguyên liệu, do đó lượng khí Biogas sinh ra sẽ thấp Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giải phóng và tích lũy dưới dạng amoni (NH4) (NH4) sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy, pH cao hơn 8,5 sẽ là một yếu tố gây cản trở hoạt động của VK mêtan hóa

Các VK axit hóa và VK mêtan hóa đều cần tỷ lệ C/N: 25-30:1 cho quá trình hoạt động tối ưu Mặc dù các loại chất thải hữu cơ khác nhau có tỷ lệ C:N

khác nhau nhưng hỗn hợp các nguyên liệu này trước khi đi vào hầm phân hủy phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng 25-30:1

• Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào

Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của VSV Hơn nữa, nước là môi trường cần thiết cho sự di chuyển của VK, hoạt động của các enzyme ngoại bào và thủy hóa các polymer sinh học, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy

Tuy nhiên việc duy trì quá nhiều nước trong hầm phân hủy sẽ làm tăng thể tích hầm và trở nên cồng kềnh Do đó, độ ẩm trong hầm phải được duy trì ở mức tối ưu Hàm lượng độ ẩm đối với từng loại cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng

Khi thành phần độ ẩm quá cao, điều đó có nghĩa là nhiệt độ chất thải thấp, kết quả là sản lượng biogas sinh ra sẽ giảm, nếu thành phần độ ẩm qua thấp, các axit hoạt tính sẽ tích lũy và gây ra trở ngại cho quá trình lên men Đối với hầu hết các loại hầm ủ biogas, tỷ lệ nguyên liệu thô đầu vào: nước lý tưởng phải đạt mức 1:1

• Thành phần gây độc

Nồng độ của ammoniac, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt và kim loại nặng… là các yếu tố gây độc với VSV, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí biogas Tỷ lệ C/N thấp trong hỗn hợp đầu vào sẽ làm tăng hàm lượng amoniac Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn của động vật hoặc khi tiêm phòng cho động vật có thể gây ra các tác động tiêu cực đến khả năng sinh khí biogas Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại được trình bày trong bảng 2.4

Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại

Kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngầm thấp, có

thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp

Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1

Hầm xây KT2

Kiểu KT2 phù hợp với những vùng có nền đất yếu, mực nước ngầm cao, khó đào sâu và diện tích mặt bằng rộng

Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2

Hầm biogas nắp vòm cố định TG-BP (hầm kiểu Thái - Đức)

Loại hầm này đã được Trung tâm Năng Lượng mới, Đại học Cần Thơ thử nghiệm và phát triển có hiệu quả ở miền Nam trong việc xử lý phân người

làm túi Nhược điểm của loại túi này là rất dễ hư hỏng do sự phá hủy của chuột, gia súc, gia cầm

Hình 2.4 Túi biogas bằng plastic

Hầm biogas bằng vật liệu composite

Bể biogas composite là công nghệ xử lý chất thải trong sinh hoạt và chăn nuôi mới áp dụng trên địa bàn đang được nhiều nông dân đưa vào sử dụng

Ưu điểm của hầm là: Tiết kiệm thời gian, khẳ năng lắp đặt, di chuyển hầm biogas rất nhẹ, dễ di chuyển, có thể lắp đặt tại nhiều dạng địa hình loại đất khác nhau mà bể xây bằng gạch không thể xây lắp được, dễ dàng di chuyển khi cần thiết; Độ bền của hầm biogas composite là rất cao, chất liệu composite có thể chịu lực, chịu sự ăn mòn hóa học, kín tuyệt đối, không rò rỉ ra ngoài, gây mất vệ sinh môi trường Hầm biogas composite có thể tự động phá váng 100%,

tự động cân bằng áp suất gas khi áp suất trong hầm quá điều kiện cho phép, không xảy ra hiện tượng nổ, vỡ hầm như một số hầm bể xây bằng gạch

Hình 2.5 Hầm biogas bằng vật liệu composite

b Phương pháp ủ phân

+ Ủ phân: Là biện pháp cần thiết trước khi đem phân chuồng ra bón

ruộng Bởi vì trong phân chuồng tươi còn có nhiều hạt cỏ dại, nhiều kén nhộng côn trùng, nhiều bào tử, ngủ nghỉ của nấm, xạ khuẩn, vi khuẩn và tuyến trùng gây bệnh Ủ phân vừa có tác dụng sử dụng nhiệt độ tương đối cao trong quá trình phân hủy chất hữu cơ để tiêu diệt hạt cỏ dại và mầm mống côn trùng, bệnh cây vừa thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ, đẩy nhanh quá trình khoáng hóa để khi bón vào đất phân hữu cơ có thể nhanh chóng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây

Mặt khác, trong phân tươi tỷ lệ C/N cao, là điều kiện thuận lợi cho các loài vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ ở các giai đoạn đầu hoạt động mạnh Chúng sẽ sử dụng nhiều chất dinh dưỡng nên có khả năng tranh chấp chất dinh dưỡng với cây

Ủ phân làm cho trọng lượng phân chuồng có thể giảm xuống, nhưng chất lượng phân chuồng tăng lên Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là loại phân hữu cơ được gọi là phân ủ, trong đó có mùn, một phần chất hữu cơ chưa phân hủy, muối khoáng, các sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy, một

số enzym, chất kích thích và nhiều loài vi sinh vật hoại sinh

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta với ẩm độ cao, nắng nhiều, nhiệt độ tương đối cao, quá trình phân hủy các chất hữu cơ diễn ra tương đối nhanh… Sử dụng phân chuồng bán phân giải là tốt nhất, bởi vì ủ lâu phân ủ sẽ mất nhiều đạm

Trung bình mỗi đầu gia súc nuôi nhốt trong chuồng, sau mỗi năm có thể cung cấp một lượng phân chuồng (kể cả độn) như sau:

Bảng 2.5: Lượng phân chuồng từ một số loài vật nuôi

bón cho rau sạch vùng ngoại vi thành phố”)

Phân chuồng tốt thường có các thành phần dinh dưỡng như ở bảng sau:

Bảng 2.6 Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng

Chất lượng và khối lượng phân ủ thay đổi nhiều tùy thuộc vào thời gian

và phương pháp ủ phân Thời gian và phương pháp ủ phân ảnh hưởng đến thành phần và hoạt động của tập đoàn vi sinh vật phân hủy và chuyển hóa chất hữu cơ thành mùn, qua đó mà ảnh hưởng đến chất lượng và khối lượng phân ủ

Để đảm bảo cho các quá trình hoạt động của vi sinh vật được tiến hành thuận lợi, nơi ủ phân phải có nền không thấm nước, cao ráo, tránh ứ đọng nước mưa Đống phân ủ phải có mái che mưa và để tránh mất đạm Cạnh nơi ủ phân cần có hố để chứa nước từ đồng phân chảy ra Dùng nước phân ở hố này tưới

lại đống phân để giữ độ ẩm cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho tập đoàn vi sinh vật hoạt động mạnh [11])

* Các phương pháp ủ phân

Có 3 phương pháp ủ phân:

+ Ủ nóng: Khi lấy phân ra khỏi chuồng để ủ, phân được xếp thành từng

lớp ở nơi có nền không thấm nước, nhưng không được nén Sau đó tưới nước phân lên, giữ độ ẩm trong đống phân 60 – 70% Có thể trộn thêm 1% vôi bột (tính theo khối lượng) trong trường hợp phân có nhiều chất độn Trộn thêm 1 – 2% supe lân để giữ đạm Sau đó trát bùn bao phủ bên ngoài đống phân Hàng ngày tưới nước phân lên đống phân

Sau 4 – 6 ngày, nhiệt độ trong đống phân có thể lên đến 60 0C Các loài vi sinh vật phân giải chất hữu cơ phát triển nhanh và mạnh Các loài vi sinh vật háo khí chiếm ưu thế Do tập đoàn vi sinh vật hoạt động mạnh cho nên nhiệt

độ trong đống phân tăng nhanh và đạt mức cao Để đảm bảo cho các loài vi sinh vật háo khí hoạt động tốt cần giữ cho đống phân tơi, xốp, thoáng

Phương pháp ủ nóng có tác dụng tốt trong việc tiêu diệt các hạt cỏ dại, loại trừ các mầm mống sâu bệnh Thời gian ủ tương đối ngắn Chỉ 30 – 40 ngày là ủ xong, phân ủ có thể đem sử dụng Tuy vậy, phương pháp này có nhược điểm là để mất nhiều đạm

+ Ủ nguội: Phân được lấy ra khỏi chuồng, xếp thành lớp và nén chặt

Trên mỗi lớp phân chuồng rắc 2% phân lân Sau đó ủ đất bột hoặc đất bùn khô đập nhỏ, rồi nén chặt Thường đống phân được xếp với chiều rộng 2 – 3m, chiều dài tùy thuộc vào chiều dài nền đất Các lớp phân được xếp lần lượt cho đến độ cao 1,5 – 2 m Sau đó trát bùn phủ bên ngoài

Do bị nén chặt cho nên bên trong đống phân thiếu oxy, môi trưởng trở nên yếm khí, khí cacbonic trong đống phân tăng Vi sinh vật hoạt động chậm, bởi vậy nhiệt độ trong đống phân không tăng cao và chỉ ở mức 30 – 35oC Đạm trong đống phân chủ yếu ở dạng amôn cacbonat, là dạng khó phân hủy thành amôniăc, nên lượng đạm bị mất giảm đi nhiều

Theo phương pháp này, thời gian ủ phân phải kéo dài 5 – 6 tháng phân ủ mới dùng được Nhưng phân có chất lượng tốt hơn ủ nóng

+ Ủ nóng trước, nguội sau: Phân chuồng lấy ra xếp thành lớp không nén

chặt ngay Để như vậy cho vi sinh vật hoạt động mạnh trong 5 – 6 ngày Khi nhiệt độ đạt 50 – 60oC tiến hành nén chặt để chuyển đống phân sang trạng thái yếm khí

Sau khi nén chặt lại xếp lớp phân chuồng khác lên, không nén chặt Để 5 –

6 ngày cho vi sinh vật hoạt động Khi đạt đến nhiệt độ 50 – 60oC lại nén chặt

Cứ như vậy cho đến khi đạt được độ cao cần thiết thì trát bùn phủ chung quanh đống phân Quá trình chuyển hóa trong đống phân diễn ra như sau: ủ nóng cho phân bắt đầu ngấu, sau đó chuyển sang ủ nguội bằng cách nén chặt lớp phân để giữ cho đạm không bị mất

Để thúc đẩy cho phân chóng ngấu ở giai đoạn ủ nóng, người ta dùng một

số phân khác làm men như phân bắc, phân tằm, phân gà, vịt… Phân men được cho thêm vào lớp phân khi chưa bị nén chặt

Ủ phân theo cách này có thể rút ngắn được thời gian so với cách ủ nguội, nhưng phải có thời gian dài hơn cách ủ nóng

Tùy theo thời gian có nhu cầu sử dụng phân mà áp dụng phương pháp ủ phân thích hợp để vừa đảm bảo có phân dùng đúng lúc vừa đảm bảo được chất lượng phân [11]

1980 Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men Bao gồm 5 nhóm vi sinh vật:

+ Vi khuẩn Bacillus

lý hiệu quả mùi hôi,thối từ chất thải chăn nuôi

2.1.2 Cơ sở thực tiễn

Trong thời gian qua ngành chăn nuôi trên địa xã phát triển nhanh Tuy nhiên chăn nuôi tại địa phương thời gian qua chủ yếu vẫn là phân tán nhỏ lẻ, tập trung chủ yếu ở các hộ nông dân với 2 - 3 con trâu bò, 5 - 10 con lợn và 20 – 30 con gia cầm/hộ Hoạt động chăn nuôi phát triển tự phát, chưa theo quy hoạch, chủ yếu trên đất vườn nhà, đất mua hoặc thuê tại địa phương Nhiều trang trại xây dựng ngay trong khu dân cư, gây ô nhiễm môi trường, nguy cơ dịch bệnh cho vật nuôi, con người và ảnh hưởng lớn đến sự phát triển bền vững của ngành chăn nuôi

Rõ ràng ngành chăn nuôi phát triển nếu không đi kèm với các biện pháp

xử lý chất thải sẽ làm môi trường sống của con người xuống cấp nhanh chóng Môi trường bị ô nhiễm lại tác động trực tiếp vào sức khỏe vật nuôi, phát sinh dịch bệnh, làm giảm năng suất, giảm thu nhập của người dân

Để tìm một giải pháp hợp lý và bền vững trong xử lý chất thải chăn nuôi thì việc ứng dụng các biện pháp sinh học( sử dụng đệm lót sinh học, xây dựng hầm ủ biogas, ủ phân, hồ sinh học, cánh đồng tưới…)là biện pháp tích cực nhất trong giai đoạn hiện nay

2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trong và ngoài nước

2.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

2.2.1.1 Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học của một số nước trên thế giới

Với nhận thức công nghệ khí sinh học là công nghệ khí liên ngành đa mục

tiêu nên chính phủ nhiều nước trên thế giới đã và đang quan tâm đưa ra những

chính sách những chương trình mạnh mẽ thúc đẩy sử dụng nguồn năng lượng khí sinh học

* Trung Quốc

Lịch sử phát triển KSH bắt đầu từ năm 1920 Theo một cuộc điều tra tính cuối năm 1996 có 6,88 triệu ( trên 2 triệu ở tỉnh Phú Xuyên) CTKSH gia đình nông thôn, 748 công trình trung bình và lớn Công trình chủ yếu là loại nắp cố định vòm cầu xây bằng gạch, loại hình trụ nắp cố định bê tông lưới thép

Hầu hết các công trình gia đình có thể tích từ 6 tới 10m3 Hiện nay đang

có xu hướng phát triển các mô hình phát triển nông nghiệp sinh thái khác nhau trong đó công nghệ KSH giữ vai trò liên kết Mô hình “ba kết hợp trong một”

ở tỉnh Quảng Tây, Quảng Đông, Giang Tây có các thành phần chủ yếu là đất trồng trọt, chuồng chăn nuôi, nhà xí và thiết bị KSH Mô hình “ Bốn kết hợp trong một” ở miền bắc Trung Quốc đã bổ sung thêm thành phần nhà kính vào

mô hình “ Ba trong một” Thiết bị KSH, chuồng gà, chuồng lợn, nhà xí, đất trồng rau được đặt trong nhà kính này tạo thành một hệ khép kín

Hiện nay công nghệ này là một công nghệ rất quan trọng để xử lý nước thải sinh hoạt, phân người và vật nuôi ở các thành phố, thị xã nhỏ và trung bình [3]

* Ấn Độ

Công nghệ KSH bắt đầu ở Ấn Độ năm 1897 Tính tới năm 1999 đã có 2,9 triệu công trình gia đình và 2.700 công trình tập thể xử lý phân người được xây dựng Ước tính công trình này giúp tiết kiệm hàng năm được 3 triệu tấn củi, 0,7 triệu tấn ure Việc ứng dụng công trình KSH đối với khu vực gia đình ở Ấn

Độ chưa phát triển như Trung Quốc Đưa công nghệ vào các lĩnh vực còn chậm Trong lĩnh vực xử lý chất thải các CTKSH còn ít, chủ yếu tập trung ở các nhà máy rượu và hầu hết các nhà máy cung cấp thiết bị là nước ngoài [1]

* Nê Pan

Cùng với Ấn Độ và Trung Quốc, Nê Pan là nước có công trình KSH rộng lớn Lịch sử KSH ở Nêpan bắt đầu từ năm 1965 Chương trình KSH chính thức đầu tiên được chính phủ Hoàng gia Nêpan phát động năm 1977 Trong chương trình này và những chương trình sau đó, khách hàng tiềm năng được Ngân hàng Phát triển Nông nghiệp Nêpan cho vay tiền để xây dựng CTKSH Ngoài ra năm

1977 Chính phủ còn thành lập Công ty TNHH thiết bị khí sinh học và nông nghiệp chịu trách nhiệm phát triển công nghệ KSH trong toàn quốc

Chương trình hỗ trợ KSH được bắt đầu từ tháng 7/1992 Trong hai pha đầu sự hỗ trợ chương trình được cung cấp bởi Chính phủ hoàng gia Nêpan, cơ quan phát triển Hà Lan Bắt đầu từ pha III (3/1997 – 6/2003) Chính phủ Đức cũng tài trợ thêm cho chương trình [3]

2.2.1.2 Tình hình nghiên cứu phân hữu cơ trên thế giới

Theo Greory (1973), tại Thụy Sỹ và Hà Lan có chương trình xử lý chất thải chăn nuôi trên diện rộng cho nông nghiệp ở mỗi quốc gia Theo công ty Eviromental choices, ở Costa Rica đã có nhiều thí nghiệm về ủ phân như “ Ủ phân gà dung chất độn mùn cưa và Ecoenzyma”, “ Ủ phân giun và Ecoenzyma” Kết quả cho thấy thời gian ủ phân được rút ngắn, hàm lượng dinh dưỡng được bảo toàn và mùi được giảm một cách đáng kể

Phân bón hữu cơ vi sinh là sản phẩm sinh học, có tác dụng nâng cao năng suất và chất lượng nông sản, giảm chi phí, tiết kiệm phân bón vô cơ và góp phần tạo cân bằng sinh thái Phân bón hữu cơ vi sinh vật có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và nền nông nghiệp sạch bền vững Do vậy,

nghiên cứu và sử dụng phân hữu cơ vi sinh đã và đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm và phát triển Các kết quả nghiên cứu từ các nước Mỹ, Cannada, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc, Nhật Bản… cho thấy sử dụng phân

bón hữu cơ vi sinh có thể cung cấp cho đất và cây trồng từ 30 - 60 kg/ha/năm

và thay thế 1/3 - 1/2 lượng lân vô cơ bằng quặng phốt phát [9]

2.2.1.3 Tình ứng dụng chế phẩm sinh học trên thế giới

Công nghệ EM được bắt đầu nghiên cứu bởi GS.TS Teruo Higa vào năm

1970, ông đã nghiên cứu phân lập, nuôi cấy trộn lẫn các vi sinh vật có ích được tìm thấy trong môi trường và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và thực phẩm như vi khuẩn lactic, vi khuẩn quang hợp, nấm…

Chế phẩm được tạo ra không phải bằng kỹ thuật di truyền và cũng không chứa các loại vi sinh vật được tạo bởi kỹ thuật di truyền Nó rất an toàn, giá rẻ,

và kết quả nó tạo ra có chất lượng cao bền vững

Năm 1980 chế phẩm EM được ứng dụng rất có hiệu quả ở Nhật Bản trong nhiều lĩnh cực: Cây trồng, vật nuôi và xử lý môi trường

Theo thông báo của APNAN, số liệu về lượng chế phẩm EM được sản xuất như sau:

- Nước Cộng hòa nhân dân Trung Hoa: Hơn 1000 tấn/ năm, có 109 xưởng sản xuất EM

- Indonesia: khoảng 60 tấn/ năm

- Myanmar: 1200 tấn/ năm

- Thái Lan Khoảng 760 tấn/ năm

- Nhật Bản: Khoảng 760 – 1200 tấn/ năm

- Brazin: Khoảng 760 – 1200 tấn/ năm

- Nepal: Khoảng 50 tấn/ năm

- Srilanca: Khoảng 120 tấn/ năm

Các kết quả đạt được trong việc nghiên cứu áp dụng công nghệ EM một cách rộng rãi ở hầu hết các nước trên thế giới trong các lĩnh vực nông nghiệp,

xử lý môi trường…

EM được sử dụng rất có hiệu quảđể ngăn chặn các hiểm họa của rác thải Bằng công nghệ EM có thể sử dụng các chất thải hữu cơ bỏ đi và tạo phân bón

hữu cơ có chất lượng tốt, giá rẻ làm cho môi trường sạch sẽ Hội chữ thập đỏ Hàn Quốc đã sử dụng EM để chế biến rác thải gia đình thành phân bón vi sinh

ở thành phố Pusan Nước thải sinh hoạt ở thành phố Gusikawa- Nhật bản đã được xử lý bằng công nghệ EM để sử dụng lại làm nước sinh hoạt và tưới cho cây trồng Ở Ai Cập, Nam Phi, Trung Quốc, Brazin Mỹ cũng sử dụng EM để

xử lý nước thải đô thị, hồ, nước thải công nghiệp rất có hiệu quả Nhiều nước như Thái Lan Indonesia, Nepal Nhật bản, Srilanka đã sử dụng EM để xử lý rác thải chôn lấp

Trong chăn nuôi nhiều nước đã sử dụng EM để xử lý môi trường chăn nuôi và chế tạo thức ăn có chất lượng cao, đơn giản và an toàn cho động vật

Ở Thái Lan, người ta ứng dụng rộng rãi công nghệ EM để nuôi tôm, nhờ

đó mà chất lượng sản phẩm được nâng cao, tôm ít bệnh, năng suất cao, đem lại lợi nhuận lớn cho các trang trại nuôi tôm [10]

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

2.2.2.1 Tình hình phát triển công nghệ khí sinh học ở Việt Nam

Công nghệ biogas đã được nghiên cứu và triển khai ở Việt Nam từ những năm 1960 Tuy nhiên thời điểm trước năm 1980, chỉ có một vài nghiên cứu nhỏ lẻ diễn ra tại một số Viện nghiên cứu và Trường đại học Các nghiên cứu thử nghiệm với hầm ủ biogas có thể tích khoảng 15 – 20 m3 đã được tiến hành nhưng gặp phải một số hạn chế như không đủ nguyên liệu đầu vào và cấu trúc hầm không hợp lý Tóm lại, do những hạn chế về kỹ thuật cũng như quản lý nên những nghiên cứu này đã không đạt kết quả và nhanh chóng chấm dứt Chỉ thực sự đến những năm 1990 cuộc vận động phát triển công nghệ hầm ủ biogas mới trỗi dậy ở Việt Nam với sự trợ giúp kỹ thuật của các Viện nghiên cứu và các trường đại học chuyên ngành, thu được một số thành công:

- Hầm biogas xây bằng gạch, nắp kim loại nổi (Viện Năng Lượng)

- Hầm biogas xây bằng gạch nắp dạng vòm (Viện Năng Lượng)

- Hầm biogas xi măng cốt tre, nắp hình trụ Loại này sau đó không được áp dụng do bị nứt, rò rỉ

- Hầm biogas xi măng cốt thép nắp hình trụ (Đại học Cần Thơ)

Thời kỳ 1995 – 1998, trên địa bàn 16 tỉnh miền Bắc và miền Trung, VACVINA đã tiến hành triển khai chương trình phát triển Biogas, thông qua các hoạt động: Xây dựng mô hình trình diễn, tập huấn đào tạo cán bộ kỹ thuật cho địa phương, hỗ trợ kỹ thuật cho các gia đình nông dân xây dựng hầm Biogas

Từ những năm 1998, phong trào chăn nuôi phát triển mạnh trên cả nước cùng với nhu cầu nâng cao chất lượng cuộc sống và nhận thức về cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường ở nông thôn, công nghệ biogas trở nên nổi tiếng và được đón nhận ở mọi nơi Cho đến thời điểm này đã có khoảng 20000 bể Biogas trên phạm vi cả nước, trong đó 12000 bể nhựa Tuy nhiên, so với tỷ lệ nông thôn chiếm tới 75% dân số Việt Nam (80 triệu người) thì số lượng bể Biogas này vẫn còn khiêm tốn

Từ những năm 2003, dự án hợp tác Hà Lan - Việt Nam với số vốn hơn 1 triệu USD tài trợ cho xây dựng bể sản xuất Biogas qui mô hộ gia đình và khu dân cư ở một số tỉnh Việt Nam Văn phòng dự án khí sinh học Trung ương cho biết Chính phủ Hà Lan sẽ viện trợ không hoàn lại cho Việt Nam 3.1 triệu euro

để xây dựng thêm 140000 công trình biogas ở 50 tỉnh, thành phố trên cả nước trong giai đoạn 2007 – 2010 Đây là cam kết của đại sứ Hà Lan tại Việt Nam Andre Haspels sau khi chương trình này đoạt giải thưởng năng lượng toàn cầu năm 2006 Trong giai đoạn này, dự án sẽ dần mở rộng triển khai trên khoảng

50 tỉnh, thành như Hải Dương, Lạng Sơn, Hải Phòng, Yên Bái, Bắc Ninh, Hòa Bình, Ninh Bình, Thanh Hóa, Nghệ An, Đắc Lắc, Hà Nam, Vĩnh Phúc, Thừa Thiên Huế, Bình Định, Hà Tây, Nam Định, Đồng Nai, Hà Nội, Sơn La, Trà Vinh, Tiền Giang, Thái Nguyên, Phú Thọ, Bắc Giang, Mục tiêu là xây dựng thêm 140000 công trình Biogas.[7]

2.2.2.2 Tình hình sử dụng nguyên liệu làm phân hữu cơ ở Việt Nam

Việt Nam là nước nông nghiệp nên mỗi năm thải ra khối lượng lớn chất thải chăn nuôi và phế phụ phẩm nông nghiệp Việc tận dụng nguồn chất thải và phế phụ phẩm này chưa được quan tâm, chú trọng vì vậy mà chất thải thải trực tiếp ra môi trường, gây ra những ảnh hưởng tiêu cực không nhỏ đến môi

trường và sức khỏe người dân

Trong nước đã có nhiều nghiên cứu về quá trình ủ phân như “ ủ hiếu khí phân heo với chế phẩm EM” (Ngô Đức Lộc, 2002), “ ủ yếm khí liên tục phân heo có sử dụng chất mồi” (Võ Thị Kiều Oanh, 2001)

Năm 2007, Viện công nghệ môi trường – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tổ chức mô hình ứng dụng chế phẩm vi sinh vật xử lý phế thải nông nghiệp thành phân bón hữu cơ - vi sinh, làm sạch môi trường tại 02 xã: Đại Đồng và Kim Xá, huyện Vĩnh Tường, quy mô 20 ha Trong đó, tại thôn Hoàng Tân, xã Kim Xá, xử lý 06 ha dây bí đỏ + phân gia súc, gia cầm; thôn Phú Nông, xã Kim Xá, xử lý 09 ha cây lạc + phân gia súc, gia cầm; xã Đại Đồng xử lý 05 ha phế thải nông nghiệp (rơm, rạ + phân gia súc, gia cầm )[5]

2.2.2.3 Tình hình ứng dụng chế phẩm sinh học tại Việt Nam

Những năm 1994-1995 Chế phẩm EM đã được đưa bào Cần Thơ, Hải Phòng, giáo sư Nguyễn lan Dung - Đại học Quốc gia Hà Nội đã đưa chế phẩm

EM từ Trung Quốc về thí nghiệm đối với cây trồng cho kết quả năng suất tốt

Tháng 5 năm 1997 Giáo sư tiến sĩ higa đã được mời sang thăm nước ta, có cuộc gặp gỡ trao đổi với Giáo sư tiến sĩ Chu Hảo - Thứ trưởng bộ khoa học Công nghệ và Môi trường, Giáo sư viện sỹ Nguyễn Văn Đạo –Giám đốc Đại học Quốc gia Hà Nội, Giáo sư tiến sỹ Ngô Thế Dân - Thứ trưởng Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, tiến sỹ Hoàng văn Nghiên - chủ tịch thành phố

Hà Nội, ông Bùi Duy Tảo - Phó Chủ tịch UBND tỉnh Thái Bình, Viện bảo vệ thực vật, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn, trường Đại học nông nghiệp

I Hà nội và nhiều nhà khoa học của nước ta trong cuộc hội thảo khoa học giới thiệu công nghệ EM tại Bộ khoa học Công nghệ và Môi trường

Được sự ủy nhiệm của đồng chí Phạm Gia Khiêm - Bộ trưởng Bộ khoa học Công nghệ và Môi trường, tháng 5 năm 1997 Giáo sư tiến sỹ Chu Hảo - thứ trưởng Bộ khoa học Công nghệ và Môi trường đã cùng với Giáo sư tiến sỹ Higa thây mặt cho tổ chức INRC, EMRO, APNAN ký biên bản ghi nhớ thảo luận về phát triển EM tại nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam và xây dựng trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ EM Bộ khoa học Công nghệ và Môi trường đã quyết định thành lập tổ cộng tác giúp Bộ “ Tổ chức

triển khai thử nghiệm công nghệ EM tại Việt Nam” do tiến sỹ Phạm Đức Dục – Phó vụ trưởng vụ quản lý công nghệ làm tổ trưởng tổ công tác cùng các thành viên: Trung tâm vi sinh vật ứng dụng(ĐHQGHN), trường Đại học nông nghiệp I Hà Nội, Viện bảo vệ thực vật, Trung tâm phát triển công nghệ Việt - Nhật Từ cơ sở trên một số cơ quan và địa phương trong năm 1997 như:Viện bảo vệ thực vật, Đại học nông nghiệp I Hà Nội, Đại học quốc gia Hà Nội, tính Thái Bình…đã được giao nghiên cứu và thử nghiệm, bước đầu chế phẩm EM trên một số lĩnh vực trồng trọt, bảo vệ thực vật, vệ sinh môi trường Qua hơn 6 tháng thăm dò đã cho kết quả ban đầu là: Cônng nghệ EM có hiệu quả tích cực trong nhiều lĩnh vực tuy nhiên về thành phần, hàm lượng của các chủng vi sinh vật có mặt trong chế phẩm EM cũng như cơ chế tác động của chúng còn chưa được làm sáng tỏ

Do đó, năm 1998 Bộ khoa học và công nghệ đã quyết định cho thực hiện

đề tài độc lập cấp Nhà nước” Nghiên cứu thử nghiệm và tiếp thu công nghệ

EM trong các lĩnh vực nông nghiệp và vệ sinh môi trường”(1998 – 2000) do PGS.TS Nguyễn Quang Thạch là chủ nhiệm Đề tài đã đánh giá được thành phần, hàm lượng, cơ chế tác động của các chủng vi sinh vật có mặt trong chế phẩm, xây dựng được nhiều quy trình sử dụng chế phẩm trong trồng trọt, chăn nuôi, xử lý môi trường Đề tài đã được nghiệm thu và đánh giá tốt tuy nhiên hội đồng nghiệm thu lưu ý “ Chế phẩm EM là chế phẩm nhập nội từ Nhật nên vấn đề vi sinh vật lạ là vấn đề cần phải xem xét khi đua ra sử dụng rộng rãi” việc nghiên cứu chế tạo ra chế phẩm có tác dụng tương tự EM nhưng sử dụng các chủng Vi sinh vật được phân lập từ các nguồn vật liệu Việt Nam, có nguồn gốc rõ ràng là hết sức cần thiết Viện Sinh học nông nghiệp – ĐH Nông nghiệp

Hà Nội với sự giúp đỡ của các chuyên gia vi sinh vật của Đại học Khoa học tự nhiên đã dày công nghiên cứu và chế tạo thành công chế phẩm EM Việt nam

và đã được đặt tên là EMINA [10]

2.2.3 Tình hình nghiên cứu ở Thái Nguyên

2.2.3.1 Công nghệ Biogas tại Thái Nguyên

Thái Nguyên là tỉnh có ngành chăn nuôi phổ biến, chính vì vậy mà lượng chất thải từ nguồn này là một vấn đề rất được quan tâm Được sự quan

tâm của UBND tỉnh, các ban ngành, được sự ủng hộ của người dân cũng như đội ngũ cán bộ nhiệt tình ủng hộ, được sự hỗ trợ của dự án chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, hầm ủ biogas là mô hình đang ngày càng được phổ biến tại Thái Nguyên Theo báo cáo kết quả thực hiện dự án khí sinh học, tổng số các công trình đã được nghiệm thu năm 2004 và 6 tháng đầu năm 2005 là 1083 công trình, công tác tuyên truyền cũng được thực hiện tại các xã với đông đảo người dân tham gia Đến tháng 11/2004 Thái Nguyên đã hoàn thành công trình thứ 6000 trên địa bàn tỉnh Đến nay, con số đó đã tăng lên gấp nhiều lần, nó góp phần rất lớn vào việc giải quyết chất thải chăn nuôi trên địa bàn tỉnh

2.2.3.2 Tình hình sử dụng nguyên liệu làm phân hữu cơ ở Thái Nguyên

Việc sử dụng chất thải chăn nuôi, phế phẩm nông nghiệp làm phân bón trong sản xuất đã được ứng dụng từ rất lâu Người dân được hỗ trợ kinh phí hoặc chế phẩm sinh học để người dân tận dụng phế, phụ phẩm nông nghiệp làm phân bón được triển khai và nhân rộng ở nhiều nơi như: Định Hóa, Đại

Từ hay Đồng Hỷ… Phong trào sản xuất phân hữu cơ vi sinh tại nhà được hội liên hiệp phụ nữ Thái Nguyên phát động và đem lại hiệu quả to lớn với 13 đại

lý bán men ủ phân tại 13 bản tái định cư với hơn 1.500 gói men được bán

2.2.3.3 Tình hình ứng dụng chế phẩm sinh học tại Thái Nguyên

Việc ứng dụng chế phẩm sinh học được quan tâm và phát triển đặc biệt trong lĩnh vực chăn nuôi và xử lý ô nhiêm môi trường Chế phẩm sinh học được dùng để làm đệm lót và khử mùi hôi chuồng trại được ứng dụng và nhân rộng trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên Việc ứng dụng vi sinh vật trong xử lý ô nhiễm môi trường đã được ứng dụng o nhiều nơi như Công ty cổ phần giấy Hoàng Văn Thụ, bãi rác Đá Mài ở thành phố Thái Nguyên…

Phần 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các hộ gia đình và các trang trại chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Về không gian: xã Phú Lạc - huyện Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên

- Thời gian nghiên cứu: Đề tài này được thực hiện từ tháng 01/2014 đến tháng 04/2014

3.2 Nội dung nghiên cứu

3.2.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội xã Phú Lạc

* Điều kiện tự nhiên

- Đặc điểm về dân số và lao động

- Đặc điểm về y tế văn hóa, giáo dục

* Đánh giá chung về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội

3.2.2 Khái quát tình hình chăn nuôi

- Tình hình sản xuất chung

- Tình hình chăn nuôi

3.2.3 Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc

- Tình hình chất thải chăn nuôi trên địa bàn và nhận thức của người dân

về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

- Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

- Đánh giá hiệu quả của các biện pháp(bao gồm hiệu quả về kinh tế và hiệu quả về mặt môi trường)

- Ưu nhược điểm của từng biện pháp

- Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình áp dụng các biện pháp xử lý

3.2.4 Đề xuất giải pháp nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

- Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả và mở rộng việc sử dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi

3.3 Phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp

- Kế thừa, tham khảo kết quả của các báo cáo, đề tài nghiên cứu trước

3.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp

- Lập mẫu câu hỏi trong đó liệt kê đầy đủ các thông tin cần khảo sát về hoạt động chăn nuôi (loại gia súc, gia cầm, số lượng…), phương thức quản lý chất thải chăn nuôi (thải bỏ hoặc dùng làm phân bón hoặc xây dựng hầm biogas), tình hình sử dụng hầm ủ biogas (loại hầm, thể tích, quá trình vận hành của hầm)…

- Đối tượng khảo sát: Các hộ chăn nuôi gia súc, gia cầm trên địa bàn

- Số phiếu khảo sát: Đề tài được thực hiện thông qua việc phỏng vấn ngẫu nhiên 100 phiếu điều tra

- Nội dung điều tra về:

+ Quy mô chăn nuôi, số lượng vật nuôi

+ Lượng chất thải phát sinh

+ Các biện pháp xử lý đang được áp dụng và hiệu quả của các biện pháp đó + Chính sách của địa phương trong sản xuất chăn nuôi

3.3.3 Phương pháp tham khảo ý kiến các chuyên gia

- Tham khảo ý kiến các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ khí sinh học,

xử lý chất thải chăn nuôi đặc biệt là bằng biện pháp sinh học

3.3.4 Phương pháp tổng hợp, thống kê số liệu

- Thu thập và xử lý số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, các số liệu thu thập được từ quá trình điều tra