Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng Sơn.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HOÀNG BẢO THOA Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ THANH SƠN - HUY

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

HOÀNG BẢO THOA

Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG

XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ

THANH SƠN - HUYỆN HỮU LŨNG - TỈNH LẠNG SƠN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Khóa học : 2010 - 2014

Thái Nguyên, năm 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

HOÀNG BẢO THOA

Tên đề tài:

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG

XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ

THANH SƠN - HUYỆN HỮU LŨNG - TỈNH LẠNG SƠN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Giảng viên hướng dẫn : TS Trần Thị Phả

Thái Nguyên, năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Thực hiện phương châm “Học đi đôi với hành, lý luận gắn liền với thực

tiễn”, thực tập tốt nghiệp là thời gian để mỗi sinh viên sau khi học tập, nghiên

cứu tại trường có điều kiện củng cố và vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế Đây là giai đoạn quan trọng đối với mỗi sinh viên các trường đại học nói chung và sinh viên trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên nói riêng

Với lòng kính trọng và biết ơn, em xin cảm ơn cô giáo TS Trần Thị Phả đã

tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Môi Trường, các thầy cô giáo, cán bộ trong khoa đã tận tình giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập, rèn luyện tại trường

Em xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo UBND xã Thanh Sơn và các cán bộ, nhân viên đang công tác tại địa phương đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập tốt nghiệp

Em cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, khích lệ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này

Trong quá trình thực tập và làm chuyên đề, em đã cố gắng hết sức mình nhưng do kinh nghiệm còn thiếu và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy cô và bạn bè để chuyên đề được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các thầy cô giáo luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công trong sự nghiệp giảng dạy cũng như trong nghiên cứu

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2014

Sinh viên

Hoàng Bảo Thoa

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

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 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 4

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

2.2 Biogas và công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi 7

2.2.1 Khái niệm Biogas 7

2.2.2 Đặc tính Biogas 8

2.2.3 Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí biogas 8

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh biogas 9

2.2.5 Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất 12

2.2.6 Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí biogas 13

2.2.7 Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam 15

2.3 Tình hình sử dụng biogas trên thế giới và ở Việt Nam 19

2.3.1 Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới 19

2.3.2 Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam 20

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 24

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 24

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 24

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 24

3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 24

3.3.1 Nội dung nghiên cứu 24

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu 24

3.3.2.4 Phương pháp so sánh 25

3.3.2.5 Phương pháp thống kê, tổng hợp và xử lý số liệu 25

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 26

4.1 Điều kiện tự nhiên, Kinh tế xã hội của xã Thanh Sơn 26

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 26

4.1.2 Điều kiện Kinh tế, Văn hóa - Xã hội 29

4.1.3 Hiện trạng môi trường tại xã Thanh Sơn 31

4.2 Hiện trạng sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã Thanh Sơn 32

4.2.1 Số lượng hầm Biogas được sử dụng tại địa phương 32

4.2.2 Tình hình sử dụng hầm biogas tại xã Thanh Sơn 33

4.3 Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã Thanh Sơn 38

4.3.1 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi của hầm biogas 38

4.3.2 Đánh giá hiệu quả đối với môi trường từ việc sử dụng hầm biogas tại xã Thanh Sơn 44

4.3.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế từ việc sử dụng hầm biogas tại xã Thanh Sơn45 4.3.4 Đánh giá hiệu quả xã hội từ việc sử dụng hầm biogas tại xã Thanh Sơn 49

4.4 Những thuận lợi khó khăn và đề xuất giải pháp khắc phục và nâng cao

hiệu quả sử dụng hầm biogas trên địa bàn xã 50

4.4.1 Những thuận lợi 50

4.4.2 Những khó khăn 50

4.4.3 Đề xuất giải pháp khắc phục và nâng cao hiệu quả sử dụng Biogas 51 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

5.1 Kết luận 56

5.2 Kiến nghị 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu 8

Bảng 2.2: Tỷ lệ C/N của một số loại phân 11

Bảng 2.3: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí 12

Bảng 3.1: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý trong mẫu nước thải 25

Bảng 4.1: Tình hình sử dụng đất của xã Thanh Sơn 27

Bảng 4.2: Số lượng gia súc, gia cầm qua các năm của xã Thanh Sơn 29

Bảng 4.3: Số lượng hầm ủ Biogas hằng năm được xây dựng tại xã Thanh Sơn 32

Bảng 4.4: Tình hình phát triển hầm biogas trên địa bàn xã Thanh Sơn 33

Bảng 4.5: Nguồn nguyên liệu chính cung cấp cho các hầm biogas tại xã Thanh Sơn 36

Bảng 4.6: Mục đích sử dụng khí biogas tại xã Thanh Sơn 37

Bảng 4.7: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu lý hóa trong mẫu nước thải trước và sau khi xử lý bằng hầm Biogas 39

Bảng 4.8: Giá trị pH đầu vào và đầu ra của một số bể biogas 39

Bảng 4.9: So sánh hiệu quả kinh tế mà biogas đem lại 48

Bảng 4.10: Phương pháp khắc phục sự cố hầm ủ biogas 51

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình 15 Hình 2.2: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức - Thái Lan) 17 Hình 4.1: Các kênh thông tin mà người dân biết đến Biogas 35 Hình 4.2: Lý do lắp đặt hầm Biogas 36 Hình 4.3: Biểu đồ so sánh hàm lượng COD giữa mẫu đầu vào và đầu ra của

bể biogas 40 Hình 4.4: Biểu đồ so sánh hàm lượng BOD5 giữa mẫu đầu ra và đầu vào của

bể biogas 41 Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng Đạm tổng số giữa mẫu đầu vào và đầu

ra của bể biogas 42 Hình 4.6: Biểu đồ so sánh hàm lượng Lân tổng số giữa mẫu đầu vào và đầu ra của bể biogas 43

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 ngành 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 có phong tục nuôi gia súc gia cầm trong nhà, thải chất thải chăn nuôi trực tiếp ra môi trường khi chưa qua xử lý, không những gây mùi hôi khó chịu, gây ô nhiễm môi trường xung quanh mà còn gây mất vẻ mỹ quan môi trường Phân và nước thải từ các hộ chăn nuôi thải ra môi trường chưa qua xử lý trở thành mối đe dọa trực tiếp tới sức khỏe con người và cả vật nuôi và đó còn là môi trường lý tưởng cho ruồi nhặng phát triển Mật độ ruồi nhặng cao gây ra những bất tiện trong sinh hoạt, chúng còn là những kí chủ trung gian truyền nhiều bệnh truyền nhiễm hết sức nguy hiểm cho con người, vật nuôi Bên cạnh đó, mùi hôi thối của phân gia súc, gia cầm cũng là mối phiền toái đáng kể không những cho chính hộ chăn nuôi mà còn ảnh hưởng đến các hộ dân sống gần khu vực chăn nuôi

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, đồng thời được sự phân công của

Khoa Môi trường và được sự hướng dẫn tận tình của cô giáo TS Trần Thị

Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas

trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng Sơn” 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 của đề tài

- Nâng cao sự hiểu biết của người dân trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và

sự hiểu biết về ứng dụng công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Khảo sát, đánh giá chính xác, trung thực, khách quan tình hình sử dụng hầm biogas quy mô hộ gia đình tại địa phương

- Thu thập đầy đủ tài liệu, số liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu một cách khoa học và khách quan

- Từ tài liệu và số liệu thu thập được, rút ra những thuận lợi và những hạn chế trong việc ứng dụng công nghệ biogas và đưa ra các giải pháp thiết thực phù hợp với địa phương nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng biogas

1.4 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa học tập: 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

- Ý nghĩa thực tiễn: Đánh giá được hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi khi sử dụng hầm biogas ở xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - Tỉnh Lạng Sơn Đồng thời làm cơ sở cho mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng hầm biogas cũng như có các biện pháp quản lý và sử dụng hầm biogas hiệu quả trong xử

lý chất thải chăn nuôi tại địa phương

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 [2]

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 [13]

2.1.3 Phân loại chất thải chăn nuôi

- Chất thải rắn:

+ Phân: Lượng phân gia súc thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc

+ Xác xúc vật chết: Xác xúc vật chết do bệnh là nguồn ô nhiễm chính cần phải xử lý triệt để nhằm tránh lây lan bệnh cho người và vật nuôi

+ Thức ăn dư thừa, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác: Loại chất thải này có thành phần đa dạng như cám, bột cá, bột thịt, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, rơm rạ…Vì vậy nếu không được xử lý tốt hoặc không đúng phương pháp thì nó sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng xung quanh và tác hại trực tiếp đến cơ sở chăn nuôi

- Chất thải lỏng: Trong các loại chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối lượng lớn nhất Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với nước tiểu của gia súc và nước tắm gia súc Đây cũng là chất

thải khó quản lý, khó sử dụng Mặt khác nước thải chăn nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử lý nó

- Chất thải khí: Mùi hôi chuồng nuôi là là hỗn hợp khí được tạo ra bởi quá trình phân hủy kị khí và hiếu khí của các chất thải chăn nuôi, quá trình thối rữa của các chất hữu cơ trong phân, nước tiểu gia súc hay thức ăn thừa sẽ sinh ra các khí độc hại và các khí có mùi hôi thối khó chịu Cường độ của mùi hôi sẽ phụ thuộc vào điều kiện mật độ nuôi cao, sự thông thoáng kém, nhiệt

độ và độ ẩm không khí cao Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất hữu cơ tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi Các khí này có mặt thường xuyên và gây ô nhiễm chính, các khí này có thể gây hại đến sức khỏe con người và vật nuôi, trong đó NH3, H2S, CH4 được quan tâm nhất Khí NH3

và H2S được hình thành chủ yếu trong quá trình thối rữa của phân, ngoài ra

NH3 còn được hình thành từ sự phân giải urê của nước tiểu

2.1.4 Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi

- Ô nhiễm môi trường không khí: Trong chất thải chăn nuôi luôn tồn tại

một lượng lớn vi sinh vật hoại sinh Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra các chất vô cơ: NO2, NO3, SO3, CO3 quá trình này xảy ra nhanh không tạo mùi thối Nếu lượng chất hữu cơ có quá nhiều vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong nước làm khả năng hoạt động phân hủy của chúng kém, gia tăng quá trình phân hủy yếm khí tạo ra các sản phẩm NH3, H2S, CH4, H2, indol…tạo mùi hôi, nước có màu đen có váng, là nguyên nhân làm gia tăng bệnh về đường hô hấp, tim mạch ở người và động vật [8]

- Ô nhiễm đất: Chất thải chăn nuôi khi không được xử lý mang đi sử

dụng cho trồng trọt như tưới, bón cho cây, rau, củ, quả, dùng làm thức ăn cho người và động vật là không hợp lý Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho người và gia súc đặc biệt là các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa, sán lá…khi dùng nước thải chưa được xử lí người ta thấy rằng có salmonella và trứng kí sinh trùng trong đất ở độ sâu 50 cm và có thể tồn tại

được 2 năm [4] 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 So với nước bề mặt, nước ngầm ít bị ô nhiễm hơn Tuy nhiên với quy mô chăn nuôi ngày càng tập trung, lượng chất thải ngày càng nhiều phạm vi bảo vệ không đảm bảo thì nước thải chăn nuôi thấm nhập qua đất đi vào mạch nước ngầm và làm giảm chất lượng nước Ảnh hưởng này có tác dụng lâu dài và khó có thể loại trừ

2.1.5 Ứng dụng của chất thải chăn nuôi

- Sản xuất phân bón hữu cơ từ phân gia súc: Phân của các loại vật nuôi

là chất hữu cơ, nếu bón trực tiếp cho cây thì cây rất khó hấp thụ, bên cạnh đó phân còn mang nhiều bệnh truyền nhiễm Nhưng nếu phân được ủ đúng kĩ thuật thì các chất hữu cơ sẽ chuyển sang dạng vô cơ khi đó phân sẽ có tác dụng tốt hơn

- Làm thức ăn thủy sản: Trong nghề nuôi cá việc xử lí và tận dụng phân

hữu cơ là một hướng có nhiều ưu điểm: giảm chi phí thức ăn cho cá đồng thời bảo vệ môi trường khỏi bị ô nhiễm Các chuyên gia cũng đưa ra các kết luận sau khi nghiên cứu về vấn đề sử dụng chất thải chăn nuôi làm thức ăn cho cá: khi nuôi cá chép thì lượng phân của 30 - 45 con lợn đủ cho diện tích 1ha mặt

ao nuôi; nuôi cá rô phi thì cần 50 - 100 con cho 1ha mặt ao Số phân tối đa có thể dùng cho các ao nuôi cá không được vượt quá 20 tạ/ ha mặt nước 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 [4] 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 lí 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 [1]

2.2 Biogas và công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi

2.2.1 Khái niệm Biogas

Biogas (khí sinh học) là một loại khí đốt sinh học được tạo ra khi phân hủy yếm khí phân thải ra của gia súc và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) Các chất thải của gia súc và các chất hữu cơ được cho vào hầm kín, ở

đó các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng thành các chất mùn và khí, khí này được thu lại qua một hệ thống đường dẫn tới lò đốt, phục vụ sinh hoạt của gia đình

Biogas là hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng 700ºC, nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870ºC Thành phần của hỗn hợp khí như sau:

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[6]

2.2.3 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 nên băm nhỏ và trộn trước khi đưa vào hầm ủ để phân hủy

- Sản lượng khí hằng ngày của một số loại nguyên liệu:

Bảng 2.1: Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu

Loài gia súc Lượng gas từ phân

( 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 axits hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành khí 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

2.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh biogas

2.2.4.1 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 kỵ 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

2.2.4.2 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

2.2.4.5 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

2.2.4.6 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

Để đảm bảo sự cân đối dinh dưỡng cho hoạt động của vi sinh vật kỵ khí thì cần chú ý đến tỷ lệ C/N, tỷ lệ thích hợp từ 25/1 đến 30/1cho sự phân hủy kỵ khí tốt [6] Tỷ lệ C/N của một số loại phân được thể hiện qua bảng 2.2 dưới đây:

Bảng 2.2: Tỷ lệ C/N của một số loại phân

Trâu bò Lợn

Gà Cừu Ngựa Người

25/1 13/1 5/1-10/1 29/1 24/1 2,9/1

+ Tỷ lệ phân nước: dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy ngược lại dịch phân quá đặc sẽ gây hiện tượng cứng hầm, tạo lớp váng trên bề mặt của hầm gây cản trở cho quá trình sinh khí

+ Từng loại phân khác nhau cho số lượng gas khác nhau

+ Số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gas

- Các chất gây trở ngại quá trình sinh khí biogas:

Vi khuẩn sinh methane dễ bị ảnh hưởng bởi các độc tố và các hợp chất vô

cơ, để các vi khuẩn hoạt động tốt các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn cần nằm trong giới hạn nhất định Theo nghiên cứu của Nguyễn Việt Năng hàm lượng các chất sau đây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí:

Bảng 2.3: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí

(*): Alkyl benzene sulfonate

2.2.5 Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất

- Cung cấp năng lượng: Khí đốt sinh học ra đời tạo ra một nguồn chất

đốt mới - nguồn chất đốt không truyền thống ở Việt Nam - nó phục vụ nhu cầu nấu nướng, thắp sáng Tiết kiệm tiền chất đốt, năng lượng thắp sáng, việc nấu nướng dễ dàng, sạch sẽ hơn, đồng thời tiết kiệm được thời gian

- Hạn chế ô nhiễm - bảo vệ môi trường: Hiện nay ô nhiễm môi trường

đang là vấn đề nan giải trên thế giới và Việt Nam Việt Nam trên con đường phát triển kinh tế gặp nhiều vấn đề khó khăn như:

+ Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng, môi trường sống khắc nghiệt hơn

+ Ngành công nghiệp phát triển, đô thị hóa gia tăng

+ Nạn gia tăng dân số, đói nghèo, suy dinh dưỡng ở trẻ em

+ Rừng tự nhiên bị phá do nhu cầu năng lượng gia tăng, nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt [7]

Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng lượng chất thải cho nên tận dụng nguồn phân làm biogas sẽ là phương pháp xử lý có thể chấp nhận được vì:

+ Tạo năng lượng đốt, hạn chế phá rừng

+ Xử lý tốt các yếu tố gieo rắc mầm bệnh trong phân vì nước thải sau biogas làm giảm mùi hôi không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là kí sinh trùng và các mầm bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể

+ Nước thải sau quá trình ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng để kết hợp trong mô hình VAC: Phụ phẩm khí sinh học có thể làm phân bón, nước xả khí sinh học có thể làm thức ăn bổ sung cho lợn, cá [1] Có thể dùng để nuôi tảo, bèo để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm Nước thải của hệ thống đã diệt hết 99% trứng giun sán tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới rau sạch

2.2.6 Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí biogas

Việc ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi có hiệu quả hay không phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố Hiệu quả phải được xem xét trên 3 mặt: Hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội, hiệu quả môi trường

- Phải xem đến lợi ích trước mắt và lâu dài

- Phải xem cả lợi ích riêng của người sử dụng và lợi ích chung của cả cộng đồng

- Phải xem xét hiệu quả sử dụng công nghệ biogas và hiệu quả sử dụng nguồn lực khác

Khi đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ hầm khí biogas người ta cũng đánh giá trên 3 khía cạnh: Hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về mặt xã hội, hiệu quả về mặt môi trường

2.2.6.1 Hiệu quả kinh tế

Hiệu quả là một phạm trù kinh tế phản ánh mặt chất lượng của các hoạt động kinh tế Mục đích của sản xuất và phát triển kinh tế, xã hội là đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất, tinh thần của toàn xã hội, khi nguồn lực sản xuất của xã hội ngày càng khan hiếm, việc nâng cao hiệu quả là một đòi hỏi khách quan của mọi nền sản xuất xã hội

Hiệu quả kinh tế được hiểu là mối tương quan so sánh giữa kết quả đạt được

và lượng chi phí bỏ ra trong hoạt động sản xuất kinh doanh Kết quả đạt được là

phần giá trị thu được của sản phẩm đầu ra, lượng chi phí bỏ ra là phần giá trị của các nguồn lực đầu vào Mối tương quan đó cần xét cả về phần so sánh tuyệt đối và tương đối cũng như xem xét mối quan hệ chặt chẽ giữa hai đại lượng đó Phương

án đúng hoặc một giải pháp kinh tế kỹ thuật có hiệu quả cao là đạt được tương quan tối ưu giữa kết quả thu được và chi phí nguồn lực đầu tư

Vì vậy bản chất của phạm trù kinh tế ứng dụng công nghệ hầm khí biogas là thay vì việc sử dụng các loại phân hữu cơ gây ô nhiễm môi trường thì với một công nghệ tiên tiến người chăn nuôi có thể tận dụng những loại phân đó để tạo ra nguồn năng lượng an toàn cho nhà nông: thắp sáng, khí đốt,… nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất của xã hội

2.2.6.2 Hiệu quả môi trường

Môi trường là một vấn đề mang tính toàn cầu, trong điều kiện hiện nay hiệu quả môi trường được các nhà môi trường học rất quan tâm Một hoạt động sản xuất được coi là có hiệu quả khi hoạt động đó không gây tổn hại hay

có những tác động xấu đến môi trường như đất, nước, không khí và hệ sinh học; là hiệu quả đạt được khi quá trình hoạt động sản xuất kinh doanh không làm cho môi trường xấu đi mà ngược lại, quá trình sản xuất đó làm cho môi trường tốt hơn, mang lại một môi trường xanh, sạch, đẹp hơn trước

Trong sản xuất nông nghiệp, hiệu quả môi trường là hiệu quả mang tính lâu dài vừa đảm bảo lợi ích hiện tại mà không làm ảnh hưởng xấu đến tương lai nó gắn chặt với quá trình khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên đất, môi trường sinh thái

Hiệu quả môi trường được nghiên cứu trong đề tài này tập trung vào hiệu quả ứng dụng công nghệ hầm khí biogas làm cho chất thải từ chăn nuôi phân hủy nhanh, giảm nồng độ ô nhiễm nước, không gây mùi hôi thối, hạn chế ô nhiễm bầu không khí xung quanh khu vực chuồng trại, hạn chế ô nhiễm nguồn nước sạch cho người và vật nuôi, hạn chế tình hình dịch bệnh lây lan…

2.2.6.3 Hiệu quả xã hội

Hiệu quả xã hội là phạm trù có liên quan mật thiết với hiệu quả kinh tế và trể hiện mục tiêu hoạt động kinh tế của con người, việc lượng hóa các chỉ tiêu biểu hiện hiệu quả xã hội còn gặp nhiều khó khăn mà chủ yếu phản ánh bằng các chỉ

tiêu mang tính chất định tính như tạo công ăn việc làm, xóa đói giảm nghèo, định canh định cư, công bằng xã hội nâng cao mức sống của toàn dân

Trong ứng dụng công nghệ hầm khí biogas, hiệu quả về mặt xã hội chủ yếu được xác định bằng khả năng giảm bớt thời gian đun nấu trong sinh hoạt, dành nhiều thời gian cho gia đình đặc biệt là giải phóng được sức lao động cho người phụ nữ Hiện nay, việc đánh giá hiệu quả xã hội của việc ứng dụng hầm khí biogas đang là vấn đề quan tâm khi áp dụng công nghệ khí đốt tiên tiến này vào chăn nuôi ở Việt Nam

Sử dụng công nghệ hầm khí biogas hợp lý, hiệu quả cao và bền vững phải quan tâm tới cả ba hiệu quả trên, trong đó hiệu quả kinh tế là trọng tâm; Không có hiệu quả kinh tế thì không có điều kiện nguồn lực để thực thi hiệu quả xã hội và môi trường, ngược lại không có hiệu quả về xã hội và môi trường thì hiệu quả kinh tế sẽ không bền vững

2.2.7 Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam

2.2.7.1 Loại hầm ủ nắp cố định, có vòm đúc

Loại hầm nắp cố định được xây bằng gạch có vòm chứa gas đúc liền với bể chứa dịch phân, thể tích bể chiếm 75% dung tích thiết kế, vòm chứa gas chiếm 25% thể tích thiết kế, phần bể điều áp chiếm 25 - 30 % thể tích tùy nhu cầu gas cần khai thác

Hình 2.1: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình

Loại bể này kích thước tùy theo nhu cầu xử lý của hộ chăn nuôi (tùy số lượng đàn lợn mà thiết kế thể tích bể chứa cho phù hợp để xử lý) Cấu tạo của

bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình chóp cụt, bể điều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy địa hình Các loại bể lớn xây hình hộp cỡ kích thước 50 –

200 m3 phục vụ cho các trại chăn nuôi và lò mổ nhu cầu xử lý lớn, xây chìm trong lòng đất nên độ bền cao, nước thải tự chảy vào hầm chứa, ít tốn diện tích, có thể sử dụng mặt bằng để chăn nuôi trên nóc bể, giữ nhiệt độ ổn định vào mùa lạnh và mùa mưa, thích hợp cho vi sinh phát triển, áp lực gas mạnh,

có thể dẫn đi xa (300 m) nấu nhanh, sử dụng cho thắp sáng tốt

Nhược điểm: phải đào đất nhiều, vùng thấp trũng phải bơm nước khi thi công

2.2.7.2 Loại hầm ủ nắp vòm cầu

Loại hầm ủ này do chương trình Phát triển khí sinh học quốc gia phổ biến Hầm ủ nắp cố định vòm cầu được xây bằng gạch đinh gồm bể chứa dịch phân hủy liền với vòm chứa gas theo nguyên tắc bể điều áp giống loại hầm cố định tuy nhiên phần vòm được xây bằng gạch cuốn tô trát 2 lớp vữa mác 75 và xử lý 3 lớp chống thấm, phần nắp đậy rời, bể điều áp hình bán cầu hoặc hình vuông tùy địa hình, thể tích chung của các

bể từ 5 m3, 10 m3 gần đây có phổ biến loại 20 m3 Đặc điểm hầm xây dựng nhanh không phải đúc đỡ tốn sắt thép và cốt pha Tuy nhiên đòi hỏi thợ xây phải có kỹ thuật cao, đối với vùng ngập nước khó thi công, những nơi cần chăn nuôi tận dụng mặt bằng trên mặt hầm khó áp dụng Các loại

bể quy mô lớn thuộc các trang trại từ 50 m3 trở lên khó áp dụng

Trên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng ngay khi đưa vào nông thôn Việt Nam Mô hình hầm biogas phổ biến trong thực tế:

Hình 2.2: Mô hình hầm Biogas trong thực tế

(mô hình bể Đức - Thái Lan)

Đối với các hầm xây dựng giành riêng cho các hộ gia đình, Các hầm này có 5 bộ phận như sau:

+ Bộ phận phân huỷ: Là nơi chứa nguyên liệu và đảm bảo những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí xảy ra Đây là bộ phận chủ yếu của hầm, hay còn gọi là thể tích phân huỷ

+ Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa

ở đây Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín

+ Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân huỷ

+ Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã phân huỷ được lấy ra (gọi là bã thải) qua đây để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào

+ Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này

Về cơ bản thì cấu tạo của biogas luôn có 5 bộ phận cơ bản trên Khi xây dựng thì nhà vệ sinh được liên kết với các hầm biogas và cũng được phổ cập hoá cho việc xử lý chất thải của con người Vì vậy, nhiều mô hình biogas được xây dựng liên kết với nhiều hộ gia đình riêng biệt như một khu chung cư nhưng điều này cần sự quản lý chặt chẽ

Hạn chế của mô hình này khi ứng dụng vào Việt Nam là: bản vẽ thiết

kế phức tạp, thi công xây dựng khó khăn vì đòi hỏi sự chính xác cao, trong khi trình độ thợ xây ở các vùng nông thôn hiện nay còn rất hạn chế Do vậy việc phổ cập và nhân rộng để phát triển mô hình có khó khăn Khi diễn ra quá trình phân huỷ, áp lực ga trong hầm lớn (áp lực này tương đương với

áp lực 80 cm cột nước) nên chỉ cần một vết nứt nhỏ của hầm có thể làm cho gas bị thất thoát hoàn toàn Đồng thời lớp váng xuất hiện và phát triển gây trở ngại, khó khăn lớn cho sự phân huỷ trong hầm Hầm phân huỷ thường xảy ra hiện tượng thiếu nước, hiệu quả sản xuất gas thấp Và giá thành xây dựng hầm so với mức thu nhập vùng nông thôn hiện nay là khá cao từ 7 - 8 triệu đồng/1 hầm 7 m3

2.2.7.3 Hầm biogas bằng vật liệu nhựa Composite

Vật liệu composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu Ưu điểm của hầm biogas làm bằng vật liệu composite là: lắp đặt nhanh, di chuyển hầm biogas rất nhẹ, 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 hiên tượng nổ, vỡ hầm như một số hầm bể xây bằng gạch

2.2.7.4 Các loại túi biogas

Túi ủ khí sinh học thích hợp áp dụng với các hộ chăn nuôi ít đất rộng phù hợp cho vùng nông thôn ngoại thành Hệ thống gồm mương dẫn nước thải từ các nguồn thải tự chảy vào túi phân hủy hình sống gồm 3 lớp ti nhựa dẻo polyetylen dày 0,3 - 0,5 mm, đường kính 1m dài 8 - 12 m tùy lượng phân chất thải và nhu cầu xử lý Chu kỳ phân hủy thường chọn (T) = 30 ngày trong điều kiện nhiệt độ trung bình 25 - 35 ºC Vi sinh vật lên men có sẵn từ các loại phân gia súc trong điều kiện kỵ khí Lượng khí Metan được sinh ra sau quá trình lên men chiếm 50 - 70% được khai thác tận thu làm chất đốt chất

thải giảm mùi từ 70 - 80 % có thể pha lỏng hay sục khí tiếp để dùng cho tưới cây hoặc nuôi cá Các túi ủ lắp đặt nhanh, giá rẻ thời gian thu hồi vốn nhanh dưới một năm Tuy nhiên dạng túi ủ này được sử dụng phổ biến trong miền Nam hơn ở ngoài miền Bắc do khí hậu miền Nam thích hợp hơn và đem lại hiệu quả sử dụng cao hơn

2.3 Tình hình sử dụng biogas trên thế giới và ở Việt Nam

2.3.1 Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới

Với nhận thức công nghệ sinh học là công nghệ khí liên ngành đa mục tiêu đa mục đích 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 với mục tiêu khai thác toàn diện các lợi ích của nó, các chính sách thúc đẩy công nghệ khí sinh học đã được chứng minh trên các lợi ích kinh tế, xã hội như: bảo vệ môi trường, cung cấp năng lượng, tạo ra các hoạt động kinh tế cho các vùng hẻo lánh, đa dạng hóa các nguồn năng lượng Ở các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi dào, cho nên việc ứng dụng kĩ thuật biogas chủ yếu là để giải quyết vấn đề môi trường Ở các nước này thường có dạng hầm ủ theo nhiều kiểu xây dựng khác nhau với dung tích khoảng 1 triệu đến 2 triệu m3 Chúng hàng ngày tiêu thụ hàng chục tấn phân người, phân gia súc và rác thải

từ các thành phố lớn Tiêu biểu ở tiểu bang Florida (Mỹ), Thụy Sỹ, Canada,

Hà Lan Ở châu Á Trung Quốc và Ấn Độ có số lượng biogas nhiều nhất

Trung Quốc: Theo số liệu thống kê của Bộ nông nghiệp Trung Quốc

riêng trong lĩnh vực chăn nuôi năm 2006 có 460 công trình khí sinh học cung cấp cho 5,59 triệu gia đình sử dụng, phát điện với công suất 866 KW, sản xuất thương mại 24.900 tấn phân bón và 700 tấn thức ăn gia súc Tới cuối năm

2008 số công trình lớn tăng lên đến 573 và đến năm 2010 có khoảng 2000 bể

cỡ lớn và 8,5 triệu hầm Trong những năm gần đây, các mô hình nhà kính và

sử dụng năng lượng đa dạng đã được phát triển rất nhanh ở Trung Quốc, đặc biệt những bể tạo khí biogas nhỏ được xây dựng mỗi năm tới 160.000 chiếc, đến nay toàn quốc đã có hơn 8 triệu bể tạo khí biogas nhỏ

Tại Indonesia, người dân có thể tiết kiệm khoảng 30 USD/tháng nhờ sử

dụng biogas Chính phủ Indonesia đang đẩy mạnh việc sử dụng biogas như là giải pháp cho những vấn đề về môi tường

Tại Đan Mạch: việc xây dựng các nhà máy kị khí tập trung đang trở

thành một lựa chọn phổ biến để quản lý chất thải ở những nơi chất thải từ vài nguồn có thể được xử lý phân động vật, phụ phân cây trồng, chất thải hữu cơ của các gia đình

Tại Đức: việc xây dựng các công trình khí sinh học tăng từ 100 thiết

bị/năm đến 200 thiết bị/năm vào những năm 2000 hầu hết các công trình có thể tích phân hủy từ 1000 tới 1500 m3, công suất khí từ 100 tới 150 m3 Có trên 40 công trình quy mô lớn với thể tích phân hủy 4000 tới 8000 m3 Khí sinh học được sản xuất ra đề cung cấp cho các tỏ máy đồng phát điện và phát điện có công suất điện là 20, 150, 200 và 500 KWe

2.3.2 Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam

2.3.2.1 Khái quát tình hình phát triển hầm khí biogas tại Việt Nam

Từ những năm 1960 đến nay các dạng hầm biogas khác nhau như hầm biogas xây chìm dưới lòng đất có nắp hình vòm cuốn của Trung Quốc, Ấn Độ; Mô hình túi biogas ủ bằng vật liệu chất dẻo của Cô-lôm-bia lần lượt được giới thiệu vào Việt Nam qua nhiều kênh và chương trình khác nhau trong đó

tổ chức VACVINA trên địa bàn toàn quốc với vai trò tiên phong đã thực sự

có những hoạt động tích cực trong việc phổ biến các loại hình công nghệ biogas thông qua các nội dung: Tập huấn chuyển giao công nghệ và đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật cho địa phương; Xây dựng các mô hình trình diễn để nhân rộng; Thực hiện các chiến dịch tuyên truyền, phổ biến kỹ thuật để nâng cao nhận thức cho hội viên thông qua các phương tiện truyền thanh, truyền hình Tuy nhiên theo phản ánh của các hộ nông dân thì kết quả thu được từ các mô hình biogas là rất khác nhau và còn nhiều hạn chế nên sự phát triển và nhân rộng các mô hình biogas gặp rất nhiều khó khăn Những vấn đề tồn tại

đó khiến chương trình phát triển công nghệ biogas phải đối mặt với những thách thức lớn và có những thời điểm đã mang dấu hiệu của sự ngừng trệ

Trước những khó khăn do hạn chế của công nghệ biogas và những bức xúc cần được giải quyết sớm nhằm hỗ trợ cho bà con nông dân đẩy mạnh phát triển chăn nuôi, giải quyết và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường, trung ương hội VACVINA đã thiết kế mô hình “ Biogas VACVINA cải tiến” Hầm Biogas cải tiến là một mô hình đảm bảo phát triển bền vững cho vùng nông thôn Việt Nam Đến nay, công nghệ khí sinh học đã được phát triển rộng lớn

ở Việt Nam, ước tính có khoảng 120.000 hầm biogas đã được xây dựng và đang hoạt động, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilông, còn lại là loại hầm kiên cố có nắp Nhiều tổ chức đã tham gia phát triển công nghệ này nhờ những nguồn tài trợ khác nhau Hiện nay có khoảng 10 kiểu thiết bị khí sinh học đang được áp dụng tại Việt Nam Số lượng mô hình biogas tăng nhanh, đặc biệt ở Thành phố Hải Phòng, Thái Nguyên, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Cao Bằng, Ngoại thành Hà Nội

2.3.2.2 Tình hình triển khai các dự án biogas ở Việt Nam

Năm 2006 Viện Chăn nuôi thực hiện dự án “ Xây dựng mô hình chăn

nuôi lợn kết hợp với bảo vệ môi trường cho năng suất cao” đã đạt kết quả tốt

trong việc ứng dụng các giải pháp kĩ thuật tổng hợp vào xây dựng mô hình chăn nuôi nông hộ, kết quả đã giảm thiểu hàm lượng một số chỉ tiêu đặc trưng cho ô nhiễm môi trường từ 27,0 - 63,45 %; giảm tỷ lệ viêm phổi và tiêu chảy

ở lợn con, viêm tử cung ở lợn nái, góp phần nâng cao năng suất chăn nuôi và cải thiện năng suất chăn nuôi, nâng cao thu nhập cho người chăn nuôi

Năm 2007 Cục Chăn nuôi, thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông

thôn và tổ chức hợp tác phát triển Hà Lan (SNV) thực hiện dự án “Chương

trình Khí sinh học cho Ngành Chăn nuôi Việt Nam 2007- 2011” Mục tiêu

tổng thể của dự án là góp phần phát triển nông thôn qua việc sử dụng công nghệ khí sinh học, xử lý chất thải chăn nuôi, cung cấp năng lượng sạch và rẻ tiền cho bà con nông dân, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng, tạo thêm công ăn việc làm ở nông thôn, làm giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa thạch, giảm hiện tượng phá rừng và giảm phát khí nhà kính

Dự án góp phần khuyến khích và tạo điều kiện thuận lợi cho các hộ gia đình phát triển kinh tế trang trại, mở rộng chăn nuôi ở nhiều loại hình

và quy mô, trong đó công nghệ khí sinh học có thể giúp xử lý phân chuồng

và chất thải, đồng thời sản xuất ra nguồn năng lượng tái tạo từ quá trình xử

lý chất thải Ngoài ra, bã thải khí sinh học khí sử dụng đúng cách sẽ là loại

“phân hữu cơ” sạch và giàu dinh dưỡng giúp nâng cao năng suất, chất lượng rau, quả và cải tạo đất, kiểm soát sâu bệnh Dự án gián tiếp góp phần vào xóa đói giảm nghèo, giảm chi phí lao động nội trợ và tạo việc làm hữu ích cho người dân nông thôn như thợ xây dựng, bảo hành, lắp đặt công trình, chăn nuôi và làm vườn

Đến cuối năm 2007 dự án đã hỗ trợ xây dựng trên 37.000 công trình khí sinh học đào tạo hơn 300 kỹ thuật viên tỉnh và huyện, 600 đội thợ xây công trình khí sinh học và tổ chức hàng ngàn cuộc hội thảo tuyên truyền và tập huấn người sử dụng khí sinh học

2.3.2.3 Những kinh nghiệm trong phát triển hầm biogas ở một số tỉnh thành trong nước

Phát triển hầm biogas ở tỉnh Thái Nguyên

Tỉnh Thái Nguyên đang đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về công nghệ phát triển hầm khí sinh học vào cuộc sống dân sinh, đặc biệt đối với khu vực nông thôn Từ năm 1998 đến nay bên cạnh việc đẩy mạnh công tác thông tin, giáo dục, truyền thông, vì việc sử dụng khí sinh học, chương trình phát triển hầm khí sinh học đã đầu tư xây dựng 500 hầm thí điểm cho các hộ dân bằng sự tài trợ từ ngân sách sự nghiệp khoa học của tỉnh Sự thành công của các mô hình đã thúc đẩy nhanh việc mở rộng xây dựng các loại hầm khí sinh học trong dân cư, theo ước tính đến nay hơn

2000 đang hoạt động trong các hộ gia đình

Phát triển hầm biogas ở tỉnh Đồng Nai

Tỉnh Đồng Nai đã ban hành quy định nếu không có hầm khí sinh học thì không được phát triển chăn nuôi Hiện nay ở Đồng Nai mỗi năm lắp đặt khoảng 500 túi biogas do chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn thực hiện, một số đơn vị khác xây dựng các bể, tổng số các hầm và và các bể khí sinh học vào khoảng 4000 chiếc

Phát triển Biogas ở tỉnh Hà Tây

Qua thời gian ngắn triển khai từ năm 1998 đến nay toàn tỉnh đã có 7.250 hầm biogas các loại, thể tích các hầm từ 4 - 13 m3 tương ứng với số vốn đầu tư 25.375 triệu đồng, trong đó vốn của nhà nước bỏ ra từ 85 - 100% Huyện có số hầm biogas nhiều nhất tỉnh là huyện Đan Phượng với 2.240 hầm, tiếp theo là các huyện Ứng Hòa, Hoài Đức trên dưới 1.000 hầm Mục tiêu của tỉnh đến năm 2015 toàn tỉnh phải đạt 22.984 hầm biogas các loại

Tình hình phát triển Biogas ở tỉnh Lạng Sơn

Công nghệ khí sinh học là công nghệ xử lý khí từ chất thải hữu cơ trong sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt gia đình Để tránh ô nhiễm môi trường, nhất là môi trường chăn nuôi, nâng cao chất lượng cuộc sống con người, những năm qua, nhiều địa phương ở tỉnh Lạng Sơn đã tích cực hưởng ứng việc xây dựng hầm Biogas, coi công nghệ khí sinh học là một giải pháp đồng bộ, thúc đẩy sự phát triển chăn nuôi hàng hóa theo quy mô gia trại - trang trại Năm 2008, tỉnh Lạng Sơn đã thực hiện Dự án khí sinh học trong phát triển ngành chăn nuôi, do cục chăn nuôi, Bộ NN&PTNT làm chủ đầu tư Đây là dự án nằm trong chương trình do Hà Lan tài trợ giai đoạn 2 Từ năm

2009, Dự án khí sinh học vẫn tiếp tục hỗ trợ 1 triệu đồng cho mỗi công trình xây dựng nhưng trong đó nguồn vốn đối ứng của Trung ương hỗ trợ 20% còn lại là phần vốn đối ứng của tỉnh, hàng trăm bể biogas được xây dựng mỗi năm trên địa bàn tỉnh Hiện nay mức hỗ trợ của dự án đã tăng từ 1 triệu lên 1,2 triệu đồng cho mỗi hầm biogas[12]

Việc ứng dụng, phát triển công nghệ biogas trong chăn nuôi đã mang lại kết quả thuyết phục, giải quyết được ô nhiễm môi trường không khí, môi trường phân thải, nước thải do phát triển chăn nuôi gây nên, từ đó góp phần giảm thiểu vấn đề dịch bệnh Bên cạnh việc cải thiện môi trường, cung cấp cho các hộ gia đình nguồn khí đốt phục vụ cho sinh hoạt và nguồn phân bón hữu cơ vi sinh cho ngành trồng trọt, góp phần phát triển một nền nông nghiệp bền vững

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Chất thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng biogas

- Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là các hộ gia đình đang sử dụng biogas trên địa bàn xã

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Khảo sát tình hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi, đánh giá hiệu quả sử dụng, những thuận lợi khó khăn trong phát triển biogas

hộ nông dân trên địa bàn xã

- Các giải pháp nhằm tăng cường việc ứng dụng công nghệ hầm biogas vào chăn nuôi ở xã Thanh Sơn

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm: Xã Thanh Sơn - Huyện Hữu Lũng - Tỉnh Lạng Sơn

- Thời gian: Từ 20/1/2014 - 30/4/2014

3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

3.3.1 Nội dung nghiên cứu

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng sơn

- Tình hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi ở xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng Sơn

- Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm khí biogas trong xử lí chất thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng Sơn

- Những vấn đề khó khăn và đề xuất biện pháp nâng cao hiệu quả sử dụng biogas, bảo vệ môi trường

3.3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.3.2.1 Phương pháp kế thừa

- Kế thừa tham khảo kết quả đã đạt được của các báo cáo, đề tài đã làm những năm trước có liên quan đến biogas

- Tham khảo các tài liệu sách, báo viết về biogas

3.3.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát bằng phiếu hỏi kết hợp phỏng vấn trực tiếp

- Lập phiếu điều tra quy mô hộ sử dụng biogas trên địa bàn toàn xã

- Điều tra bằng phiếu điều tra tại các hộ sử dụng biogas kết hợp phỏng

vấn trực tiếp người dân địa phương

3.3.2.3 Phương pháp phòng thí nghiệm

- Thu thập các số liệu đã được phân tích của các viện, cục, phòng ban

ngành có liên quan đạc được sử dụng

- Phương pháp phân tích mẫu:

Bảng 3.1: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý trong mẫu nước thải STT Các chỉ tiêu phân tích Phương pháp phân tích

1 pH Máy đo chất lượng nước đa chỉ tiêu Hanna

3.3.2.5 Phương pháp thống kê, tổng hợp và xử lý số liệu

- Phương pháp thống kê toán học

- Tổng hợp và xử lý số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, các số liệu về biogas

- Phương pháp tổng hợp, phân tích số liệu khảo sát được xử lý trên phần mềm Word, Excel…

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

4.1 Điều kiện tự nhiên, Kinh tế xã hội của xã Thanh Sơn

4.1.1 Điều kiện tự nhiên

4.1.1.1 Vị trí địa lý

Xã Thanh Sơn nằm ở phía Tây Nam của huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn, cách trung tâm huyện khoảng 20 km Xã có tổng diện tích đất tự nhiên 2.304,1 ha, năm 2013 dân số của xã là 3.200 người đang sinh sống trong 8 thôn trên địa bàn xã Ranh giới hành chính xã Thanh Sơn có phía giáp:

- Phía Bắc giáp xã Tân Lập và xã Thiện Kỵ, huyện Hữu Lũng

- Phía Đông giáp xã Minh Tiến và xã Vân Nham, huyện Hữu Lũng

- Phía Nam giáp xã Vân Nham và xã Đồng Tiến, huyện Hữu Lũng

- Phía Tây giáp xã Đồng Tiến và xã Thiện Kỵ, huyện Hữu Lũng

Xã có tỉnh lộ 242 chạy dọc từ Đông sang Tây có chiều dài là 4km

4.1.1.2 Địa hình

Xã Thanh Sơn là một xã miền núi có địa hình khá phức tạp trong đó phần lớn là diện tích đồi núi Hướng núi chủ yếu chạy từ Tây Bắc xuống Đông Nam xen kẽ là các con suối và khe nước nhỏ

4.1.1.3 Đất đai

Đất đai xã Thanh Sơn được chia thành 2 loại chính:

Đất đồi chiếm khoảng 45% tổng diện tích đất tự nhiên Tầng đất tương đối dày, thành phần cơ giới là đất thịt nhẹ đến trung bình, nghèo dinh dưỡng, đây phần lớn là các đồi gò được nhân dân sử dụng xây dựng nhà ở và trồng cây ăn quả cũng như cây công nghiệp lâu năm và trồng rừng

Đất ruộng chiếm khoảng 15% tổng diện tích đất tự nhiên, đất ruộng chủ yếu là do tích tụ phù xa sông suối, tầng đất dày, màu xám đen, hàm lượng mùn, đạm ở mức khá, hàm lượng lân, kali ở mức trung bình đến khá, loại đất này thích hợp trồng cây lương thực và các loại cây hoa màu

Bảng 4.1: Tình hình sử dụng đất của xã Thanh Sơn Thứ tự Mục đích sử dụng đất Mã Diện tích

(Nguồn: UBND xã Thanh Sơn)

Tổng diện tích đất tự nhiên của Xã là 2.304,1 ha trong đó diện tích đất nông nghiệp là 1.235,78 ha, chiếm 53,6% tổng diện tích đất tự nhiên của Xã Trong tổng số 1.235,78 ha đất nông nghiệp thì đất sản xuất nông nghiệp chiếm 891,08 ha; đất lâm nghiệp: 317,40 ha; đất nuôi trồng thủy sản: 27,30

ha Xã có 212,48 ha đất phi nông nghiệp chiếm tỷ lệ khá nhỏ 9,3% trong đó: Đất ở là 29,83 ha; Đât xây dựng trụ sở cơ quan, công trình sự nghiệp: 0,60 ha; Đất quốc phòng: 132 ha; Đất chuyên dùng: 27,65 ha; Đất nghĩa trang, nghĩa địa: 0,80 ha; Đất sông suối và mặt nước chuyên dùng: 21,6 ha Còn lại: 855,84 ha là đất chưa sử dụng của Xã và chủ yếu là núi đá vôi chiếm tỷ lệ tương đối lớn 37,1% tổng diện tích đất tự nhiên

Nhìn chung điều kiện tự nhiên của xã tương đối thuận lợi cho sự phát triển trồng trọt và chăn nuôi Tuy nhiên những năm gần đây tình trạng hạn hán, rét đậm, rét hại xảy ra trên địa bàn cũng đã gây ảnh hưởng ít nhiều đến đời sống kinh tế của người dân trong xã

4.1.1.5 Hệ thống thủy văn

Trên địa bàn xã có hệ thống đập lưu nước, sông suối khá dày đặc, có độ dốc dòng chảy lớn và lưu lượng nước thay đổi theo từng mùa, mùa khô nước cạn còn mùa mưa nước nhiều có thể gây ra lũ lụt, ngập úng

4.1.1.6 Tài nguyên

Tài nguyên rừng:

Năm 2013 xã Thanh Sơn có tổng diện tích đất rừng đạt 317,40 ha, toàn

bộ diện tích này là rừng sản xuất, bên cạnh vai trò bảo vệ môi trường, điều hòa khí hậu, giữ nước, chống xói mòn, rửa trôi thì diện tích rừng này của xã là điều kiện thuận lợi để phát triển ngành trồng rừng, phát triển cây bạch đàn và rừng hỗn loài bảo tồn đa dạng sinh học góp phần tạo thêm công ăn việc làm

và thu nhập cho người dân địa phương

Tài nguyên nước:

Nguồn nước mặt với trữ lượng nước đến hơn 500.000 m3, bao gồm có

hệ thống các hồ, các đập trên địa bàn xã như: đập Mỏ Kỵ I, đập Mỏ Kỵ II, đập Lày Đung, đập Suối Đen, Ao Lịm, Cầu Thin, Hố Tát, cùng với hệ thống các giếng khơi ở các cánh đồng Lay I, Lay II và hệ thống mương nội đồng đã tạo

điều kiện khá thuận lợi cho hoạt động sản xuất nông nghiệp của nhân dân