Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của các mức protein và xơ trong khẩu phần và các biện pháp nâng cao hiệu quả sinh khí sinh học của chất thải lợn thịt (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CHĂN NUÔI LÊ THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI LỢN THỊT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CHĂN NUÔI LÊ THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI LỢN THỊT CHUYÊN NGÀNH: CHĂN NUÔI MÃ SỐ: 62 01 05 NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS BÙI VĂN CHÍNH GS TS VŨ CHÍ CƢƠNG HÀ NỘI – 2018 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH viii DANH MỤC BIỂU ĐỒ ix MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 4 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI CHƢƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐẶC ĐIỂM TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN 1.1.1 Chất thải chăn nuôi 1.1.2 Tính chất đặc điểm chung chất thải chăn nuôi 1.2 QUÁ TRÌNH LÊN MEN TẠO KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) 12 1.2.1 Nguyên lý q trình lên men kị khí 12 1.2.2 Thành phần khí biogas (Khí sinh học) 17 1.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến q trình sinh khí methane bể biogas .17 1.2.4 Hiệu suất sinh khí sinh học chất thải chăn nuôi .22 1.2.5 Ưu điểm hạn chế xử lý chất thải chăn nuôi cơng nghệ biogas 23 1.3 HIỆN TRẠNG Ơ NHIỄM MƠI TRƢỜNG VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOGAS XỬ LÝ CHẤT THẢI TỪ CHĂN NUÔI LỢN TẠI VIỆT NAM 24 1.3.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trường từ chăn nuôi 24 1.3.2 Hiện trạng quản lý chất thải từ chăn nuôi lợn 27 1.3.3 Ứng dụng công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi Việt Nam .27 1.3.4 Các kiểu hầm biogas ứng dụng phát triển Việt Nam .29 1.4 ẢNH HƢỞNG CỦA KHẨU PHẦN ĐẾN CHẤT THẢI CỦA LỢN VÀ ĐẾN Q TRÌNH LÊN MEN TẠO KHÍ SINH HỌC 30 1.4.1 Ảnh hưởng phần đến chất thải đến trình lên men tạo khí sinh học chất thải lợn thịt 30 1.4.2 Ảnh hưởng phần đến hàm lượng vật chất khô chất thải lợn thịt 31 1.4.3 Ảnh hưởng phần dinh dưỡng đến nồng độ NH4+ chất thải lợn thịt 32 1.4.4 Ảnh hưởng phần đến tỷ lệ C/N (Carbon/Nitơ) chất thải lợn thịt 33 1.4.5 Ảnh hưởng phần đến pH chất thải lợn đến q trình lên men tạo khí sinh học 34 1.5 ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHA LỖNG GIỮA CHẤT THẢI CHĂN NI VÀ NƢỚC ĐẾN Q TRÌNH LÊN MEN TẠO KHÍ SINH HỌC 36 1.6 SỬ DỤNG CÁC CHẤT GIÀU VI SINH VẬT HỮU ÍCH BỔ SUNG VÀO DỊCH LÊN MEN TẠO KHÍ SINH HỌC 38 1.6.1 Bổ sung dịch cỏ vào bể khí sinh học 38 1.6.2 Sử dụng nước xả sau biogas bổ sung vào bể khí sinh học nhằm tăng hiệu lên men khí sinh học 40 CHƢƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN Ở CÁC GIAI ĐOẠN NUÔI DƢỠNG KHÁC NHAU ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI LỢN THỊT Ở ĐIỀU KIỆN IN VITRO 42 2.1.1 Đối tượng, địa điểm thời gian nghiên cứu 42 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 42 2.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHA LOÃNG GIỮA CHẤT THẢI LỢN THỊT ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA MƠ HÌNH BIOGAS VÀO MÙA HÈ VÀ MÙA ĐÔNG Ở ĐIỀU KIỆN INVITRO VÀ INVIVO 49 2.2.1 Đối tượng, địa điểm thời gian nghiên cứu 49 2.2.2 Phương pháp nghiên cứu 49 2.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG MỘT SỐ CHẤT BỔ SUNG TỰ NHIÊN ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA MƠ HÌNH BIOGAS VÀO MÙA ĐƠNG VÀ MÙA HÈ Ở ĐIỀU KIỆN IN VITRO VÀ IN VIVO 53 2.3.1 Đối tượng, địa điểm thời gian nghiên cứu 53 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu 53 CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN Ở CÁC GIAI ĐOẠN NUÔI DƢỠNG KHÁC NHAU ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI LỢN THỊT Ở ĐIỀU KIỆN IN VITRO 57 3.1.1 Ảnh hưởng mức protein thô xơ thô phần đến khả sản xuất lợn 57 3.1.2 Ảnh hưởng mức protein thô xơ thô phần đến khối lượng đặc tính hóa học chất thải lợn thịt .59 3.1.3 Thành phần hóa học chất thải lợn thí nghiệm 60 3.1.4 Ảnh hưởng mức protein phần đến khả sinh khí biogas, khí methane chất thải lợn thịt .62 3.1.5 Ảnh hưởng mức xơ phần đến khả sinh khí biogas CH4 chất thải lợn thịt 64 3.1.6 Ảnh hưởng mối tương tác mức protein xơ phần đến khả sinh khí biogas CH4 chất thải lợn thịt 65 3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỶ LỆ PHA LOÃNG GIỮA CHẤT THẢI LỢN THỊT ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA MƠ HÌNH BIOGAS VÀO MÙA HÈ VÀ MÙA ĐÔNG Ở ĐIỀU KIỆN INVITRO VÀ INVIVO 68 3.2.1 Kết thí nghiệm điều kiện phịng thí nghiệm (in vitro) 68 3.2.2 Kết thí nghiệm điều kiện thực nghiệm (invivo) 71 3.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VIỆC BỔ SUNG MỘT SỐ CHẤT BỔ SUNG TỰ NHIÊN ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA MƠ HÌNH BIOGAS VÀO MÙA ĐƠNG VÀ MÙA HÈ Ở ĐIỀU KIỆN IN VITRO VÀ IN VIVO 81 3.3.1 Kết thí nghiệm điều kiện phịng thí nghiệm (in vitro) 81 3.3.2 Kết thí nghiệm điều kiện thực nghiệm (invivo) 89 CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 99 4.1 KẾT LUẬN 99 4.1.1 Nội dung nghiên cứu 1: Ảnh hưởng mức protein xơ phần nuôi lợn thịt giai đoạn nuôi dưỡng khác đến q trình lên men sinh khí CH4 chất thải 99 4.1.2 Nội dung nghiên cứu 2: Ảnh hưởng tỷ lệ pha loãng chất thải lợn thịt nước đến suất sinh khí mơ hình biogas điều kiện mùa hè mùa đông điều kiện in vitro in vivo 100 4.1.3 Nội dung nghiên cứu 3: Ảnh hưởng việc bổ sung số chất bổ sung tự nhiên đến hiệu sinh khí sinh học mơ hình biogas vào mùa đông mùa hè điều kiện in vitro in vivo 100 4.2 ĐỀ NGHỊ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 PHỤ LỤC .116 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Các số liệu, kết nghiên cứu nêu Luận án trung thực, khách quan chưa bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận án cảm ơn thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2018 Tác giả luận án Lê Thúy Hằng i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu đề tài hoàn thành Luận án vừa qua, nhận giảng dạy, hướng dẫn bảo thầy cô Đồng thời, nhận giúp đỡ, động viên bố mẹ, anh chị, chồng con, gia đình, bạn bè đồng nghiệp Nhân dịp hoàn thành Luận án này, cho phép tơi bày tỏ lịng kính trọng, biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học gồm PGS TS Bùi Văn Chính GS TS Vũ Chí Cương Hai thầy dành nhiều cơng sức, thời gian hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu thực đề tài hoàn thành Luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Chăn nuôi, thầy cô giáo, cán viên chức phịng Đào tạo Thơng tin, Phịng phân thức ăn sản phẩm chăn ni tận tình giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu thực đề tài hoàn thành Luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tới GS Sven G Sommer - Giám đốc dự án SUSANE “Tối ưu hóa sản xuất khí sinh học thân thiện với mơi trường từ phân gia súc nhằm giảm thiểu khí phát thải gây hiệu ứng nhà kính - SUSANE II” GS TS Vũ Chí Cương - chủ nhiệm đề tài “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp khoa học công nghệ chăn nuôi lợn công nghiệp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, 2011- 2014” cho phép tham gia thực hiện, sử dụng kết đề tài nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu hồn thành Luận án Tơi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp Bộ môn Môi trường chăn nuôi – Viện Chăn nuôi cơng tác ngồi nước nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Và tơi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, bố mẹ, chồng con, anh em, bạn bè, đồng nghiệp Viện giúp đỡ, động viên, khuyến khích tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án này! Hà Nội, ngày 18 tháng năm 2018 Tác giả luận án Lê Thúy Hằng ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên tiếng Anh Biochemical oxygen demand Nghĩa tiếng Việt Nhu cầu ôxy sinh hóa hay nhu cầu ơxy sinh học C COD Cacbon Chemical oxygen demand Các bon Nhu cầu oxy hóa học CH4 methane Mê tan CP Crude protein Protein thô CF Crude fiber Xơ thô CT DM Dry matter Công thức Chất khô eqCO2 EU g GE CO2 equavelent European Union gam Gross energy Đương lượng CO2 Liên minh châu Âu Gam (đơn vị đo khối lượng) Năng lượng thô Từ viết tắt BOD5 GĐ GHG H2S HDPE HRT IU Giai đoạn Khí nhà kính Khí hydro sulfua Nhựa tổng hợp, PE tỷ trọng cao, độ High Density PolyEthylene dẻo bền nhiệt cao vượt trội Thời gian lưu chất thải bể Hydrolic Retention Time KSH (ngày) International Unit Đơn vị quốc tế Green house gases Hydro sulfua Kg, kg KL KSH kilogam OC Organic Cacbon LCA L Life Cycle Assessment Litre N Nitrogen ME MJ Metabolisable energy Mega Joule Biogas Ki lô gam (đơn vị đo khối lượng) Khối lượng Khí sinh học Thành phần Các bon chất hữu Đánh giá tồn chu trình sống Lít (đơn vị đo thể tích) Ni tơ – thành phần hóa học hợp chất hữu Năng lượng trao đổi Mêga Jun Đơn vị đo lượng (1x iii 106 J) Nitơ điơxít N2O Nitrous oxide NDF Neutral detergent fiber NH4+ NPK Amoni NRC NSP National Research Council Hội đồng nghiên cứu quốc gia (Mỹ) Non starch polysacharides Polysarcharide khơng phải tinh bột KP P tính Ion Amoni Ni tơ, Phốt pho, Kali Khẩu phần Phốt – thành phần hóa học hợp chất hữu Photphorus pH Pondus Hydrogeni ppm QCVN parts per million SS Xơ không tan chất tẩy trung số đo độ hoạt động (hoạt độ) ion hiđrô (H+) dung dịch Tỷ lệ phần triệu Qui chuẩn Việt nam Suspended Solids TCVN Chỉ hạt rắn nhỏ bị lơ lửng nước dung dịch keo chuyển động nước Tiêu chuẩn Việt nam Tổng số chất rắn lơ lửng nước dung dịch keo chuyển động nước (chỉ số chất lượng nước) TS (TSS) Total Suspended Solids VSV VS VSS VCK Vi sinh vật Volatile Solids Chất rắn dễ bay Volatile Suspended Solids Chất rắn dễ bay dạng huyền phù Vật chất khô Volatile Solids Easy Chất rắn dễ bay dễ phân hủy Decomposition Volatile Solids Slow Chất rắn dễ bay chậm phân hủy Decomposition VSED VSSD iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học loại phân gia súc, gia cầm Bảng 1.2 Đặc điểm chung chất thải từ chăn nuôi lợn Bảng 1.3 Thành phần chất nước thải bể biogas sau xử lý số loại phân vật nuôi .10 Bảng 1.4 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có phân gia súc điều kiện tiêu diệt .11 Bảng 1.5 Nhóm vi sinh vật tham gia trình acetogenesis 15 Bảng 1.6 Nhóm vi khuẩn tham gia trình metanogenesis 16 Bảng 1.7 Thành phần khí biogas theo tài liệu khác 17 Bảng 1.8 Các điều kiện thích hợp q trình sản xuất biogas (trong điều kiện bể KSH khơng có thiết bị cung cấp nhiệt) 19 Bảng 1.9 Nồng độ tối đa cho phép số chất độc hại 21 Bảng 1.10 Năng suất khí sinh học loại chất thải phụ phẩm nông nghiệp 22 Bảng 1.11 Ước tính khối lượng chất thải rắn chăn ni Việt Nam 25 Bảng 1.12 Thành phần nước thải số trại lợn khu vực phía Bắc 26 Bảng 1.13 Số lượng loại hình cơng trình khí sinh học sử dụng trang trại nông hộ 28 Bảng 1.14 Hàm lượng chất rắn dễ bay chất hữu riêng biệt chất thải lợn (% tổng chất rắn dễ bay hơi) 32 Bảng 1.15 Tỷ lệ C/N số chất thải hữu có nguồn gốc động thực vật 34 Bảng 1.16 Một số thành phần dịch cỏ cừu ăn phần khác .39 Bảng 1.17 Một số đặc điểm quan trọng nhóm VSV 39 Bảng 1.18 Số lượng tế bào nhóm vi khuẩn yếm khí bể KSH qui mơ nơng hộ (đối với bể KSH lên men bình thường) .40 Bảng 2.1 Thành phần protein thô xơ thô phần ăn cho lợn 44 Bảng 2.2 Bố trí thí nghiệm lên men yếm khí phịng thí nghiệm (in vitro) .47 Bảng 2.3 Khối lượng phân tươi nước nạp hàng ngày vào mơ hình phịng thí nghiệm (in vitro) 50 Bảng 2.4 Tỷ lệ phối trộn phân nước ban đầu cơng thức thí nghiệm điều kiện thực nghiệm (in vivo) .50 Bảng 2.5 Khối lượng phân tươi nước nạp hàng ngày công thức thí nghiệm điều kiện thực nghiệm (in vivo) 51 Bảng 3.1 Ảnh hưởng mức protein thô xơ thô phần đến khả sản xuất lợn thịt thí nghiệm .58 Bảng 3.2 Ảnh hưởng mức protein thô xơ thô phần đến khối lượng đặc tính hóa học chất thải lợn thịt thí nghiệm .60 Bảng 3.3 Kết phân tích thành phần hóa học chất thải lợn thịt thí nghiệm ni phần có mức protein xơ khác 61 v ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN CHĂN NUÔI LÊ THÚY HẰNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN VÀ CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI... vào bể khí sinh học nhằm tăng hiệu lên men khí sinh học 40 CHƢƠNG II VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42 2.1 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN Ở CÁC... NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC MỨC PROTEIN VÀ XƠ TRONG KHẨU PHẦN Ở CÁC GIAI ĐOẠN NUÔI DƢỠNG KHÁC NHAU ĐẾN HIỆU QUẢ SINH KHÍ SINH HỌC CỦA CHẤT THẢI LỢN THỊT Ở ĐIỀU KIỆN IN VITRO 57 3.1.1 Ảnh