Nghiên cứu đánh giá tiềm năng đa lợi ích của giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi lợn tập trung bằng công nghệ biogas tại một số địa phương khu vực bắc bộ và bắc trung bộ việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -~~~ - NGUYỄN THỊ QUỲNH HƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐA LỢI ÍCH CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẬP TRUNG BẰNG CÔNG NGHỆ BIOGAS TẠI MỘT SỐ ĐỊA PHƢƠNG KHU VỰC BẮC BỘ VÀ BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội –2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -~~~ - NGUYỄN THỊ QUỲNH HƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐA LỢI ÍCH CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẬP TRUNG BẰNG CÔNG NGHỆ BIOGAS TẠI MỘT SỐ ĐỊA PHƢƠNG KHU VỰC BẮC BỘ VÀ BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 9440301.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Lƣu Đức Hải TS Đỗ Nam Thắng Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi, có hỗ trợ đề tài khoa học công nghệ cấp Nhà nước “Nghiên cứu, đánh giá tiềm lợi ích kép mơi trường hoạt động ứng phó với biến đổi khí hậu Việt Nam” TS Đỗ Nam Thắng làm chủ nhiệm đề tài, mà tơi thành viên tham gia trực tiếp thực Các kết trình bày luận án đảm bảo trung thực Viện Khoa học Môi trường, Tổng cục Mơi trường, đơn vị chủ trì đề tài, cho phép sử dụng Tác giả luận án Nguyễn Thị Quỳnh Hƣơng LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn sâu sắc PGS.TS Lưu Đức Hải – Giảng viên cao cấp Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội TS Đỗ Nam Thắng - Đầu mối tác nghiệp GEF Việt Nam, Vụ Hợp tác quốc tế, Bộ Tài nguyên Môi trường, hướng dẫn tận tình tạo điều kiện thuận lợi trình thực luận án Tôi xin gửi lời tri ân tới quý Thầy, Cô giáo mơn Quản lý mơi trường tồn thể thầy, giáo ngồi Khoa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội quan tâm giúp đỡ trình học tập Trân trọng cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp động viên tơi q trình thực luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Bố Mẹ, Gia đình tơi người thân nguồn động viên, ủng hộ, hỗ trợ tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt công việc nghiên cứu học tập Hà Nội, ngàytháng Tác giả luận án Nguyễn Thị Quỳnh Hƣơng MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan phát triển ngành chăn nuôi lợn vấn đề môi trường 1.1.1 Phát triển ngành chăn nuôi lợn giới 1.1.2 Phát triển ngành chăn nuôi lợn Việt Nam 1.1.3 Các vấn đề môi trường ngành chăn nuôi 10 1.2 Tổng quan công nghệ biogas 13 1.2.1 Công nghệ biogas 13 1.2.2 Nguyên vật liệu cho q trình sinh khí biogas 18 1.2.3 Các giải pháp kỹ thuật vận hành cơng trình biogas 19 1.2.4 Thực trạng áp dụng công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi Việt Nam 22 1.2.5 Tác động môi trường công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn 24 1.3 Tổng quan sở khoa học đa lợi ích đa lợi ích cơng nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi 28 1.3.1 Khái niệm đa lợi ích 28 1.3.2 Lịch sử phát triển cách tiếp cận đa lợi ích 30 1.3.3 Phân loại đa lợi ích cơng nghệ biogas 33 1.4 Tổng quan nghiên cứu đánh giá đa lợi ích công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi 35 1.4.1 Các nghiên cứu giới 35 1.4.2 Các nghiên cứu Việt Nam 44 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 54 2.1 Cách tiếp cận nghiên cứu 54 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 55 i 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 55 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 56 2.3 Phương pháp nghiên cứu 57 2.3.1 Phương pháp điều tra xã hội học 60 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu nước thải 63 2.3.3 Phương pháp đánh giá lợi ích mơi trường cơng nghệ biogas 65 2.3.4 Phương pháp đánh giá lợi ích giảm phát thải khí nhà kính cơng nghệ biogas 66 2.3.5 Phương pháp đánh giá lợi ích sức khỏe công nghệ biogas 74 2.3.6 Ứng dụng thống kê tính tốn lợi ích nhóm lợn 77 CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 81 3.1 Hiện trạng chăn nuôi chất lượng môi trường hộ gia đình trang trại chăn ni lợn phạm vi nghiên cứu 81 3.2 Xác định đa lợi ích tiềm công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn 91 3.3 Lượng hóa đa lợi ích tiềm cơng nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn 96 3.3.1.Quy mơ hộ gia đình 96 3.3.1.1 Đánh giá tiềm lợi ích mơi trường 96 3.3.1.2 Đánh giá lợi ích lượng tiềm 99 3.3.1.3 Đánh giá lợi ích nơng nghiệp tiềm 101 3.3.1.4 Đánh giá lợi ích sức khỏe tiềm 101 3.3.1.5 Tổng lợi ích tiềm 104 3.3.2Quy mô trang trại 108 3.3.2.1 Đánh giá lợi ích mơi trường tiềm 108 3.3.2.2 Đánh giá lợi ích lượng tiềm 115 3.3.2.3 Tổng lợi ích tiềm 119 3.3.2.4 Lợi ích tiềm cơng nghệ biogas theo nhóm lợn 123 ii 3.4 Tăng cường hiệu đa lợi ích cơng nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn Việt Nam 131 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU TIẾP 141 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 PHỤ LỤC 157 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các quốc gia có sản lượng thịt lợn đứng đầu giới Bảng 1.2 Đặc điểm hệ thống chăn nuôi lợn Việt Nam Bảng 1.3 Khối lượng chất thải chăn nuôi lợn theo vùngtại Việt Nam 12 Bảng 1.4 Tổng khối lượng phát thải CO2 tương đương vào năm 2012 .13 Bảng 1.5 Thành phần KSH 14 Bảng 1.6 Đặc tính khối lượng KSH số nguyên liệu thường gặp 14 Bảng 1.7 Sản phẩm khí sinh học Mêtan lý thuyết từ Cácbohydrat, chất béo Protein 18 Bảng 1.8 Đặc tính trung bình loại phân chuồng khác tiềm khí Mêtan sinh học (BMP) 19 Bảng 1.9 Số lượng vật nuôi thể tích tối thiểu phần phân giải bể biogas 22 Bảng 1.10 Sự thay đổi nồng độ chất khơng khí* 25 Bảng 1.11 Sự gia tăng tương đối chất ô nhiễm so sánh với việc sử dụng KSH 25 Bảng 1.12 Đa lợi ích cơng nghệ biogas 34 Bảng 1.13 So sánh hiệu dạng phân bón khác suất bắp cải, mù tạt khoai tây 42 Bảng 2.1 Tổng hợp phương pháp đánh giá đa lợi ích công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi 58 Bảng 2.2 Nội dung điều tra đánh giá đa lợi ích cơng nghệ biogas 62 Bảng 2.3 Phương pháp phân tích mẫu nước thải 64 Bảng 2.4 Mức phí tương ứng với thơng số ô nhiễm tính phí 65 Bảng 2.5 Thiết lập tốn tính lợi ích/loại lợn 78 Bảng 2.6 Đa lợi ích cơng nghệ biogas 80 Bảng 3.1 Hệ số sử dụng tính tốn 98 Bảng 3.2 Ước tính chi phí tiết kiệm tiêu thụ lượng hộ gia đình có hầm biogas 100 iv Bảng 3.3 Ước tính số ca bệnh nhiễm khuẩn hơ hấp cấp (ARLI) trẻ em tuổi xã Ngọc Lũ An Nội Bảng 3.4 Tổng lợi ích tiềm mang lại từ việc áp dụng hầm biogas Bảng 3.5 Ước tính đa lợi ích tiềm hàng năm hầm biogas cho Việt Nam (tính từ tháng 10/2017) (sử dụng kết đa lợi ích cơng nghệ biogas quy mơ hộ gia đình) 107 Bảng 3.6 Lợi ích tiết kiệm chi phí nộp phí bảo vệ mơi trường tiềm nước thải trang trại Bảng 3.7 Giá trị trung bình EF giai đoạn phát triển lợn Bảng 3.8 Doanh thu tiềm hàng năm từ việc bán chứng giảm phát thải 19 trang trại Bảng 3.9 Kết tính tốn lợi ích tiết kiệmđiện tiềm năngcủa 19 trang trại Bảng 3.10 Lượng phát thải CH4 dư thừa trang trại Bảng 3.11 Kết tính tốn tổng lợi ích tiềm việc áp dụng biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn trang trại Bảng 3.12 Đa lợi ích tiềm trang trại áp dụng giải pháp xử lý chất thải bể biogas Bảng 3.13 Các mảng ma trận Bảng 3.14 Các giá trị lợi ích tiềm theo nhóm lợn Bảng 3.15 Ước tính đa lợi ích tiềm hầm biogas cho Việt Nam (tháng 4/2017) 129 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô trang trại .11 Hình 1.2 Phân hủy kỵ khí chất hữu nguyên liệu có khả phân hủy sinh học 15 Hình 1.3 Hầm biogas hộ gia đình 20 Hình 1.4 Tổ hợp cơng trình biogas với kỹ thuật bể phản ứng khuấy trộn liên tục (Continuos Stired Tank Reactor - CSTR) Châu Âu 21 Hình 1.5 Khung đa lợi ích điều chỉnh dựa khung Ngân hàng giới (World Bank) 29 Hình 1.6 Áp dụng tiếp cận đa lợi ích sách mơi trường Nhật Bản 31 Hình 2.1 Cách tiếp cận nghiên cứu luận án 55 Hình 2.2 Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước thải trang trại 64 Hình 3.1 Bể biogas bể yếm khí, hiếu trang trại TT05 84 Hình 3.2 Hầm biogas phủ bạt HDPE trang trại TT02 TT03 .84 vi TT Họ tên (tCO hộ gia đình 67 Phạm Bá Cúc 68 Du Văn Hồng 69 Hoàng Vũ Vĩnh 70 Trần Như Tuyển 71 Du Văn Tiến 72 Phạm Văn Thanh 73 Trần Ngọc Thịnh 74 Trần Như Cảnh 75 Trần Văn Tiến Nguyễn 76 Hằng Thị 77 Trần Như Thành Du Văn 78 Hới Dương 79 Trần Thị Thành 80 Trần Văn Xứng 81 Phạm Văn Luân 82 Đào Văn Bảy 83 Trần Văn Tương 84 Nguyễn Vũ Mai TT Họ tên (tCO hộ gia đình Nguyễn Thị Thu 85 Phương Nguyễn 86 Tâm Huy 87 Phạm Văn Viết 88 Trần Văn Sơn Nguyễn Thị Thu 89 Thảo 90 Lệ Thị Cải 91 Trần Văn Thạch 92 Lê Thị Toàn Nguyễn 93 Thanh 94 Trần Thị Thúy 95 Trần Văn Lập Thị 96 Trần Đình Thiện 97 Trần Văn Thuyên 98 Trần Mậu Thế 99 Bùi Văn Bản 100 Bùi Văn Thìn 101 Trần Bích Huyền TT Họ tên (tCO hộ gia đình 102 Trần Đình Hải Duy 103 Nguyễn Khanh Văn 104 Nguyễn Quang 105 Nguyễn Vũ Dậu 106 Trần Đình Biển 107 Trần Văn Ni 108 Nguyễn Giảng 109 Trần Tiến Đạt 110 Nguyễn Văn Hát 111 Phạm Thị Quy 112 Nguyễn Tuyền Ngọc Văn 113 Trần Như Bính 114 Hồng Thị Anh 115 Lê Hưữ Sáu 116 Nguyễn Thắng Văn Đình Họ tên TT (tCO hộ gia đình 117 Trần Đình Chiến 118 Vũ Thị Dung 119 Nguyễn Huy Cự 120 Trần Đức Trường 121 Vũ Hương 122 Nguyễn Thơm 123 Trần Văn Ánh 124 Bùi Xuân Cường 125 Trần Chung 126 Phạm Thị Liên 127 Nguyễn Hồng Thị Hồng Thị Thị Kim Thị 128 Trần Văn Dương 129 Bùi Văn Lợi 130 Nguyễn Thị Hoa 131 Lê Văn Thắng 132 Trần Thị Dung 133 Trần Thị Trang TT Họ tên (tCO hộ gia đình 134 Lê Đình Hải 135 Lê Viết Trường 136 Bùi Văn Vĩnh 137 Nguyễn Hương 138 Trần Thị Ly 139 Trần Thị Nguyên 140 Trần Văn Huynh 141 Trần Hữu Thiện 142 Nguyễn Văn Vấn 143 Trần Anh Tuấn 144 Trần Đình Bản A 145 Nguyễn Thị Thu Cúc Thị 146 Du Thị Lân Hữu 147 Nguyễn Dũng Văn 148 Nguyễn Đình 149 Nguyễn Thị Ánh 150 Trần Văn Lam b Tính tốn hệ số phát thải trang trại chăn nuôi lợn TLTH% lợn trưởng thành: 0,8 TLTH% lợn phát triển: 0,9 HLKg%: 0,14 Trang trại TT01 TT02 TT03 TT04 TT05 TT06 TT07 TT08 Trang trại TT09 TT10 TT11 TT12 TT13 TT14 TT15 TT16 TT17 TT18 Trang trại TT19 ... QUỲNH HƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐA LỢI ÍCH CỦA GIẢI PHÁP XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN TẬP TRUNG BẰNG CÔNG NGHỆ BIOGAS TẠI MỘT SỐ ĐỊA PHƢƠNG KHU VỰC BẮC BỘ VÀ BẮC TRUNG BỘ VIỆT NAM Chuyên... trại chăn nuôi lợn phạm vi nghiên cứu 81 3.2 Xác định đa lợi ích tiềm cơng nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn 91 3.3 Lượng hóa đa lợi ích tiềm công nghệ biogas xử lý chất. .. khoa học Nghiên cứu đặt dựa số luận điểm khoa học sau: Công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi lợn công nghệ phổ biến giới Việt Nam Công nghệ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi lợn, đồng