Khóa luận : Đánh giá tiềm năng từ mô hình xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm ủ biogas quy mô hộ gia đình ở tỉnh an giang

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI VÀ HẦM Ủ BIOGAS 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI 1.1.1 Định nghĩa về chất thải chăn nuôi Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong q

là môi trường lý tưởng cho ruồi nhặng phát triển Mật độ ruồi nhặng cao chẳng những gây ra những bất tiện trong sinh hoạt, chúng còn là những ký chủ trung gian truyền nhiều bệnh truyền nhiễm hết sức nguy hiểm cho con người và vật nuôi Bên cạnh đó, mùi hôi thối của phân gia cầm, gia súc 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 Nhiều nhà khoa học cho biết, mùi hôi thối của phân có thể làm ảnh hưởng sức khoẻ, tâm trạng hay căng thẳng, giận dữ, suy nhược, mệt mỏi, nhầm lẫn và có liên quan tới nhiều triệu chứng bệnh ở người như chảy nước mắt, đau xoang mũi, ngạt mũi, đau họng, khó thở, viêm da, ngứa, đau khớp

Trước thực trạng đó, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền vững, đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý 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 hoạt động nông nghiệp khác Trong đó, việc tận dụng chất thải chăn nuôi để tạo ra biogas là một giải pháp hiệu quả nhất không những giảm được nguy cơ ô nhiễm, giải quyết được bài toán năng lượng phục cho sinh hoạt, mà còn là giải pháp kinh tế cho những người dân ở nông thôn

Nhận định được ý nghĩa từ mô hình biogas, tác giả thực hiện đề tài “ Đánh

hộ gia đình ở tỉnh An Giang” hướng đến mục tiêu xây dựng mô hình hầm ủ

biogas từ chất thải chăn nuôi, 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

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Khảo sát tiềm năng sử dụng chất thải chăn nuôi xây dựng mô hình hầm ủ biogas quy mô hộ gia đình cho các hộ chăn nuôi trên địa bàn tỉnh An Giang

3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

- Chất thải chăn nuôi của các loại gia súc, gia cầm và các hình thức tái sử dụng lượng chất thải này ở tỉnh An Giang

- Các công trình hầm ủ biogas đang được sử dụng ở tỉnh An Giang

4 NỘI DUNG THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI

- Tổng quan về chất thải chăn nuôi gia súc, gia cầm

- Tổng quan về biogas và các dạng hầm ủ biogas

- Thu thập tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tỉnh An Giang

- Khảo sát thực tế về quy mô, sản lượng chăn nuôi gia súc gia cầm hiện nay trên địa bàn

- Thu thập số liệu về số lượng chất thải chăn nuôi và các hình thức sử dụng chất thải chăn nuôi của các hộ gia đình hiện nay

- Thu thập số liệu về các loại năng lượng đang được các hộ gia đình sử dụng

- Khảo sát tình hình sử dụng các công trình biogas hiện có

- Đề xuất các giải pháp xây dựng mô hình hầm ủ biogas cũng như cải tiến thực trạng sử dụng hầm ủ hiện có tại tỉnh An Giang

5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Quá trình thực hiện đề tài có một số giới hạn sau:

- Địa bàn khảo sát: Tập trung khảo sát 1 thành phố và 2 huyện trên tổng số

1 thành phố, 2 thị xã: Châu Đốc, Tân Châu và 8 huyện: Thoại Sơn, Chợ Mới, Châu Thành, Châu Phú, An Phú, Phú Tân, Tịnh Biên, Tri Tôn của tỉnh An Giang

- Thời gian nghiên cứu từ 01 tháng 04 đến 01 tháng 07 năm 2011

6 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI

6.1 Phương pháp thu thập tài liệu

Thu thập tài liệu tổng quan về chất thải chăn nuôi, về điều kiện tự nhiên, kinh

tế xã hội tỉnh An Giang

6.2 Phương pháp điều tra, khảo sát

Lập phiếu điều tra, khảo sát thực tế nhằm thu thập số liệu về tình hình chăn nuôi, các hình thức tái sử dụng chất thải chăn nuôi ở các hộ gia đình Tham khảo ý kiến người dân về phương án sử dụng chất thải chăn nuôi xây dựng hầm ủ biogas nhằm tiết kiệm năng lượng cho sinh hoạt

6.2 Phương pháp thống kê, phân tích, tổng hợp, đánh giá

Thống kê, tổng hợp và phân tích các số liệu khảo sát được Xử lý các số liệu

và đánh giá vấn đề dựa trên các khía cạnh về môi trường và kinh tế Từ đó đề xuất những giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu quả mô hình hầm ủ biogas ở địa phương

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI VÀ HẦM Ủ BIOGAS 1.1 TỔNG QUAN VỀ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI

1.1.1 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, xác xúc vật,….Chất thải trong chăn nuôi được chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Trong chất thải chăn nuôi có nhiều các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người

1.1.2 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

tỷ lệ NPK cao

Chất thải lỏng ( nước thải) có độ ẩm cao hơn, trung bình khoảng 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 của các chất hữu cơ- ở dạng rắn và lỏng

1.1.3 Phân loại chất thải chăn nuôi

1.1.3.1 Chất thải rắn

™ Phân và nước tiểu gia súc

Lượng phân và nước tiểu gia súc thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc Theo Nguyễn Thị Hoa

Lý ( 1994), lượng phân và nước tiểu gia súc thải ra trong ngày đêm trung bình như sau:

Bảng 1.1: Số lượng chất thải của một số loài gia súc gia cầm

Loài gia súc, gia cầm

Lượng phân (kg/ ngày)

Lượng nước tiểu (kg/ ngày)

Trâu bò lớn 20 - 25 10 - 15 Heo <10 kg 0,5 - 1 0,3 - 0,7 Heo 15 – 45 kg 1 - 3 0,7 - 2 Heo 45 – 100 kg 3 - 5 2 - 4 Gia cầm 0,08

Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) ĐHNL TPHCM, trích Phạm Trung Thủy

(2002)

Phân heo nói chung được xếp vào loại phân lỏng hoặc hơi lỏng, thành phần phân heo chủ yếu gồm nước (56- 83%) và các chất hữu cơ, ngoài ra còn có tỉ lệ NPK dưới dạng các hợp chất vô cơ

Theo Trương Thanh Cảnh và CTV (1997- 1998) thì thành phần của phân heo từ 70- 100 kg như sau:

Bảng 1.2: Thành phần của phân heo từ 70 -100 kg

pH 6,47 - 6,95

Nguồn: Trương Thanh Cảnh và CTV ( 1997- 1998), trích Phạm Trung Thủy

( 2002)

Thành phần hóa học của phân phụ thuộc nhiều vào dinh dưỡng, tình trạng

sức khỏe, cách nuôi dưỡng, chuồng trại, loại gia súc, gia cầm, biện pháp kỹ

thuật chế biến khác nhau

Bảng 1.3: Thành phần nguyên tố đa lượng trong phân gia súc, gia cầm

Loại gia súc H2O (%) Nitơ (%) P2O5

Thành phần nguyên tố vi lượng này thay đổi phụ thuộc vào lượng thức ăn

và loại thức ăn Bo = 5-7 ppm, Mn= 30 -75 ppm, Co= 0,2 -0,5 ppm, Cu=

4-8ppm, Zn =20-45ppm, Mo= 0,8 -1 ppm

Thành phần ( %) của phân gia súc gia cầm đựơc trình bày theo bảng sau:

Bảng 1.4: Thành phần các loại phân gia súc, gia cầm Loại

Thành phần dinh dưỡng của phân heo được trình bày trong bảng 1.5

Bảng 1.5: Thành phần hóa học của phân heo

Cu tổng số 81,61

Zn tổng số 56,363

Nguồn: Trần Tấn Việt và CTV (2001) Trích Nguyễn Chí Minh (2002)

Về mặt hóa học, những chất trong phân chuồng có thể được chia làm hai

nhóm:

ƒ Hợp chất chứa Nitơ ở dạng hòa tan và không hòa tan

ƒ Hợp chất không chứa Nitơ bao gồm hydratcarbon, lignin, lipid…

Tỷ lệ C/N có vai trò quyết định đối với quá trình phân giải và tốc độ phân

giải các hợp chất hữu cơ có trong phân chuồng

Nước tiểu của heo có thành phần chủ yếu là nước ( chiếm 90% khối

lượng nước tiểu) ngoài ra còn có hàm lượng Nitơ và urê khá cao có thể dung để

bổ sung đạm cho đất và cây trồng Theo Trương Thanh Cảnh và CTV ( 1997 –

1998) thành phần hóa học của nước tiểu heo là:

Bảng 1.6: Thành phần hóa học của nước tiểu heo từ 70 – 100kg

Vật chất khô gram/kg 30,9 - 35,9

NH4 - N gram/kg 0,13 - 0,40

Nt gram/kg 4,90 - 6,63 Tro gram/kg 8,5 - 16,3 Urê M mol/l 123 - 196 Carbonates gram/kg 0,11 - 0,19

trong phân gia súc gia cầm

Bảng 1.7: Các loại vi khuẩn có trong phân

Tên ký sinh vật Lượng ký

sinh trùng

Khả năng gây bệnh

Nguồn: Lê Trình Trích Phạm Trung Thủy (2002)

™ Xác súc vật chết

Xác súc vật chết do bệnh là nguồn ô nhiễm chính cần phải xử lý triệt để

nhằm tránh lây lan cho người và vật nuôi

™ Thức ăn dư thừa, vật liệu lót chuồng và các chất thải

Loại chất thải này có thành phần đa dạng gồm: cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột cá, bột thịt, các khoáng chất bổ sung, các loại kháng sinh, rau xanh, rơm

rạ,…Vì vậy nếu không được xử lý tốt hoặc xử lý 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

1.1.3.2 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 hào chung với nước tiểu của gia súc và nước tắm gia súc Đây cũng là loại 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

Theo Menzi ( 2001) gia súc thải ra từ 70- hơn 90% lượng N, khoáng ( P, K, Mg) và kim loại nặng, chất này được thải ra môi trường nước hay tồn tại trong đất sẽ gây ra nhiều ảnh hưởng xấu đến môi trường

Chất thải lỏng còn chưa rất nhiều loài vi sinh vật và trứng ký sinh trùng, làm lây lan dịch bệnh cho người và gia súc, những vi sinh vật là mầm bệnh trong

chất thải chăn nuôi gồm E Coli (057.H7) Campylobacter Jejuni, Salmonella spp, Leptospira spp, Listeria spp, Shigella spp, Proteus, Klebsiella… các nghiên

cứu của Xoxibarovi và Alexandrenis (1978) cho thấy trong 1 kg phân có thể

chứa 2100- 5000 trứng giun sán gồm chủ yếu các loại sau: Ascaris suum, Oesophagostonum, Trichocephalus

1.1.3.3 Chất thải khí

Mùi hôi chuồng nuôi là hỗn hợp khí được tạo ta bởi quá trình phân hủy kỵ khí và hiếu khí của các chất thải chăn nuôi Quá trình thối rữa các chất hữu cơ trong phân, nước tiểu gia súc hay thức ăn dư thừa sẽ sinh ra các khí độc hại các khí có mùi hôi thối khó chịu Cường độ của mùi hôi 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 thú 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

và CH4 được quan tâm nhất

Khí NH3 và H2S được hình thành chủ yếu trong quá trình thối rửa của phân

do các vi sinh vật gây thối, ngoài ra NH3 còn được hình thành từ sự phân giải urê của nước tiểu

Theo Tô Minh Châu thì cơ chất của quá trình thối rửa là protein trong phân,

để phân giải được protein thì các vi sinh vật phải tiết ra men protease ngoại bào, phân giải được protein thành các polypeptide, olygopeptid Các chất này tiếp tục được phân giải thành các acid amin, một phần acid amin được vi sinh vật sử dụng trong quá trình sinh tổng hợp protein của chúng, một phần khác được tiếp tục phân giải theo những con đường khác nhau Thường là khử amin, khử carboxyl hoặc khử amin và carboxyl

Qua quá trình này ngoài NH3 và H2S còn có một số khí trung gian được hình thành cũng góp phần vào việc tạo mùi hôi cho chuồng nuôi

* Qua quá trình khử Amin: Nhóm – NH2 của acid amin được tách ra để hình thành NH3 ( kể từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 21 thì lượng khí này được sản sinh ra rất nhiều)

Alanine → acid lactic + NH3

Serine → acid pyruvic + NH3

Protein H2S

Indole Scatole phenole

Acid hữu cơ mạch ngắn

Biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khuẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosase là phân hủy các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờ nhóm vi khuẩn metan tác dụng với nhau tạo thành khí metan có khả năng đốt cháy sinh năng lượng

* Cơ chế của sự tạo thành khí CH4

y Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:

CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2

y Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan:

NO3, SO3, CO2 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 CH4, H2S, NH3, H2, Indol, Scortol… tạo mùi hôi nước có màu đen có váng, là nguyên nhân làm gia tăng bệnh đường hô hấp, tim mạch ở người và động vật

* Bụi trong không khí chuồng nuôi

Bụi trong không khí chuồng nuôi có nguồn gốc từ thức ăn, vật liệu lót chuồng

và các chất thải khác Tác hại của bụi thường kết hợp với các yếu tố khác như vi sinh vật, endotoxin và khí độc, bụi bám vào niêm mạc và gây kích ứng cơ giới, gây khó chịu và làm tổn thương niêm mạc đường hô hấp Bụi cũng gây dị ứng kích

Nếu kích thích kéo dài màng nhầy có thể bị teo, các tuyến nhờn suy kiệt, bụi

không được đồng hóa gây kích ứng mãn tính, tổn thương phổi, gây bệnh đường hô

hấp mãn tính trên người và vật nuôi Các kích thích và tổn thương sẽ làm giảm sức

đề kháng của niêm mạc, mở đầu cho việc nhiễm vi sinh vật gây bệnh hoặc tạo điều

kiện cho vi sinh vật cơ hội gây bệnh Do đó tác hại của bụi phụ thuộc nhiều yếu tố

như nhiệt độ và ẩm độ không khí, sự di chuyển không khí, sự thông thoáng, mật độ

nhốt vận nuôi và tình trạng vệ sinh nền chuồng

Theo Jellen 1984, Muller 1987 trích dẫn bởi Hartung 1994 Thì hàm lượng bụi

trong không khí chuồng nuôi gà cao nhất, đặc biệt là gà nuôi trên nền chuồng có

chất độn chuồng, không khí chuồng nuôi trâu bò có hàm lượng bụi thấp nhất

được trình bày trong bảng 1.8

Bảng 1.8: Hàm lượng bụi trong không khí chuồng nuôi

Vật nuôi Hàm lượng bụi (mg/m 3 )

Sinh ra từ sự khử amine của protein trong chất thải, là chất không màu, mùi

khai, dễ tan trong nước và gây kích ứng, NH3 nhẹ hơn không khí (d = 0,59) Nếu

chuồng trại thông thoáng tốt thì ảnh hưởng của nó không đáng kể NH3 tiếp xúc

với niêm mạc mắt, mũi, đường hô hấp sẽ gây tiết dịch, co thắt khí quản và ho

Trường hợp NH3 trong không khí cao kéo dài có thể gây viêm phổi, gây hoại tử

đường hô hấp NH3 từ phổi vào máu đi lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn

mê Trong máu NH3 bị oxy hóa tạo thành NO2 gây nên hiện tượng Met - Hb

Nồng độ NH3 trong không khí chuồng nuôi không nên vượt quá 25 – 35 ppm

Trên heo NH có thể làm chậm sự dậy thì và động hớn trên heo nái dự bị NH

được hấp thu trên bụi và di chuyển sâu vào trong đường hô hấp sẽ mở đường cho các bệnh về đường hô hấp Trên heo nồng độ NH3 cao trong không khí (< 50 ppm) làm tăng tỷ lệ bệnh viêm phổi và viêm teo xương mũi trên heo, khi cho gà tiếp xúc với virus gây bệnh Newcastle trong điều kiện không có NH3 trong không khí thì tỷ

lệ nhiễm bệnh là 40%, khi nồng độ NH3 trong không khí là 20 ppm thì 100% gà bị nhiễm bệnh Nồng độ ammonia trong không khí cao hơn 30 ppm sẽ làm tăng khả năng nhiễm virus Marek và Mycoplasma Sự hiện diện của NH3 làm sinh tính gây bệnh của E.coli trên đường hô hấp

Đối với công nhân trại chăn nuôi heo, ammonia trong không khí có thể dẫn đến bệnh đường hô hấp như viêm phổi, ho, nặng ngực, thở ngắn, thở khò khè, nồng độ NH3 cao (> 25 ppm) có thể làm tăng khả năng viêm khớp, abcesses Tác động của NH3 bụi và vi sinh vật trong không khí đến sức khỏe của người và vật nuôi thường kết hợp với nhau

Bảng 1.9: Tác hại của ammonia đến sức khỏe và năng suất của gia súc, gia

cầm

Heo

Nồng độ > 10 ppm Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho

50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 - 13%

61 ppm Giảm 5% lượng thức ăn

Gà > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và thịt

30 ppm Gây hội chứng bệnh viêm phổi

Nguồn: Hồ Thị Kim Hoa (2003)

* Hydrogen Sulphide (H 2 S)

H2S là một loại khí rất độc được sinh ra từ sự phân hủy phân gia súc, là sản phẩm hợp chất chứa lưu huỳnh, nặng hơn không khí (d = 1,19) dễ hòa tan trong nước, chỉ một lượng nhỏ cũng có thể gây tử vong Nồng độ H2S trong chuồng nuôi không nên vượt quá 8 – 10 ppm H2S có thể thấm vào niêm mạc tạo thành Na2S dễ dàng đi vào máu Trong máu H S được giải phóng trở lại để theo máu lên não gây

phù hay hoại tử tế bào thần kinh, làm tê liệt trung khu vận động, trung khu vận

mạch gây rối loạn hô hấp, H2S phá hủy Hemoglobin (Hb) gây thiếu máu hay kết

hợp với sắt trong Hb làm mất khả năng vận chuyển oxy của Hb Ngoài ra H2S còn

làm rối loạn hoạt động của một số men vận chuyển điện tử trong chuỗi hô hấp mô

bào

Cơ chế gây độc chủ yếu của H2S là kích ứng màng nhầy, phù đường hô hấp,

tích lũy K2S, Na2S, ức chế Cytochrome oxidase, làm suy thoái chuyển hóa tế bào và

tác động lên hệ thần kinh trung ương Ngoài việc tích lũy hai chất khí trên, không

khí chuồng nuôi còn tích lũy một số khí khác như CO2 và các khí có mùi hôi thối

* Tác hại của các loại khí thải chăn nuôi

Tác hại của khí thải chăn nuôi không những ảnh hưởng trực tiếp đến sức

khỏe gia súc, gia cầm mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người công nhân

Triệu chứng thường gặp trên người công nhân và một số tiêu chuẩn về nồng độ

khí độc và mùi trong chuồng nuôi (Bảng 1.10, 1.11, 1.12 )

Bảng 1.10: Triệu chứng thấy ở công nhân nuôi heo có khí độc chăn nuôi:

Triệu chứng Tỷ lệ quan sát

Ho 67% Đàm 56% Đau họng 54% Chảy mũi 45% Đau mắt (xốn mắt, chảy nước mắt) 39%

Nhức đầu 37% Tức ngực 36% Thở ngắn 30% Thở khò khè 27%

Đau nhức cơ 25%

Bảng 1.11: Nồng độ cho phép của một số khí và mùi trong chuồng nuôi

Allyl mercaptan Mùi rất khó chịu 0,00005 Ammonia Mùi khai 0,037 Benzyl mercaptan Mùi khó chịu 0,00019 Crotyl Mùi chồn hôi 0,000029

Ethyl Mùi bắp cải thối 0,00019 Ethyl Sulphide Mùi gây ói 0,00025

Hydrogen Sulphide Mùi trứng thối 0,0011 Methyl mercaptan Mùi bắp cải thối 0,0011 Methyl Sulphide Mùi rau cải thối 0,0011 Skatole Mùi phân 0,0012 Sulphur dioxide Mùi cay hăng 0,009 Thiocrezol Mùi khét, mùi chồn hôi 0,0001

Nguồn: Sullival (1969) Trích dẫn Nguyễn Chí Minh (2002)

mỗi kg mêtan làm ấm Trái Đất gấp 23 lần 1 kg CO2

1.1.4.2 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 xử lý người ta thấy rằng có Salmonella trong đất ở độ sâu 50 cm và tồn tại được 2 năm, trứng ký sinh trùng cũng khoảng 2 năm Mẫu cỏ sau 3 tuần ngưng tưới nước thải có 84% trường hợp có Salmonella và vi trùng đường ruột khác, phân tươi cho vào đất có E coli tồn tại được 62 ngày ngoài ra khoáng và kim loại nặng bị giữ lại trong đất với liều lượng lớn có thể gây ngộ độc cho cây trồng

Bên cạnh đó việc sử dụng quá nhiều kháng sinh, chất diệt trùng, chất kích thích sinh trưởng sẽ ảnh hưởng đến môi trường sống của người và gia súc

1.1.4.3 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 ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước, là nguyên nhân tạo nên dòng 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 nitơ (nhất là ở dạng nitrat) và photpho

Trong nước thải chăn nuôi chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng Thời gian tồn tại của chúng trong nước thải khá lâu Theo các số liệu nghiên cứu cho thấy: Erysipelothrise insidiosa 92 - 157 ngày, Brucella 105 - 171 ngày, Mycobacterium 475 ngày, virus lở mồm long móng

190 ngày, Leptospira 21 ngày, trứng ký sinh trùng đường ruột 12 - 15 tháng đây là nguồn truyền bệnh dịch rất nguy hiểm

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 một nhiều, phạm vi bảo vệ không đảm bảo thì lượng chất thải chăn nuôi thấm nhập qua đất đi vào mạch nước ngầm làm giảm chất lượng nước Bên cạnh đó, các vi sinh vật nhiễm bẩn trong chất thải chăn nuôi cũng có thể xâm nhập nguồn nước ngầm Ảnh hưởng này có tác dụng lâu dài và khó có thể loại trừ

1.1.5 Một số phương pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi

Quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường Chất thải chăn nuôi đặc biệt là phân và nước tiểu gia súc sau khi được thải ra thì khả năng ô nhiễm còn thấp, khả năng này chỉ tăng khi phân và nước tiểu gia súc được để lâu trong môi trường bên ngoài Do đó để giải quyết kịp thời khả năng ô nhiễm thì chúng ta cần phải quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi ngay từ lúc mới thải ra môi trường bằng một số biện pháp như:

- Thu gom, vận chuyển

- Lưu trữ

- Xử lý

Phân và nước tiểu sau khi gia súc thải ra phải được thu gom và vận chuyển ra khỏi chuồng trại chăn nuôi càng sớm càng tốt để tránh vấy bẩn ra chuồng trại và gia súc đồng thời tránh tạo mùi hôi thối trong chuồng nuôi làm thu hút ruồi muỗi tới, thuận tiện cho việc dọn rửa chuồng trại, tiết kiệm điện nước Tùy theo tình trạng của phân mà ta có thể thu gom bằng cách hốt phân rắn hay xịt cho phân trôi theo dòng chảy vào những thời điểm nhất định trong ngày

Việc thu gom vận chuyển chất thải có thể dùng nước bơm xịt trôi theo đường cống thoát Hay dùng thùng chứa (phân lỏng) hoặc có thể dùng sọt, bao, thùng xe để vận chuyển phân rắn

Nơi lưu trữ phân phải là hố chứa, bể lắng, thùng đựng được đậy kín hay bao kín để xử lý chuyên biệt, nơi lưu trữ phân phải cách biệt với chuồng trại chăn nuôi để tránh ảnh hưởng đến sức khỏe gia súc

Việc xử lý chất thải chăn nuôi chấp nhận được trong điều kiện chăn nuôi

tự phát như hiện nay do khoảng không gian giữa khu chăn nuôi và khu dân cư càng bị thu hẹp thì một hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi phải được thiết kế đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và phải có thiết bị sử dụng phế thải dạng rắn và lỏng ở công đoạn cuối cùng sau khi được thải vào môi trường tùy theo điều kiện kinh

tế của từng cơ sở và các hộ chăn nuôi mà đưa vào áp dụng cụ thể như:

1.1.5.1 Sản xuất phân bón hữu cơ từ phân gia súc

Phương pháp sản xuất phân bón hữu cơ từ phân gia súc đã có từ rất lâu

đó là phương pháp ủ phân hiếu khí (composting) Phương pháp này được dựa trên quá trình phân hủy các chất hữu cơ có từ trong phân dưới tác dụng của vi sinh vật có trong thành phần của phân, tính chất và giá trị của phân bón phụ thuộc vào quá trình ủ phân, phương pháp ủ và kiểu ủ

*Ủ phân hiếu khí (Composting)

Nhằm xử lý nguồn chất thải rắn trong chăn nuôi, có thể áp dụng trong

nhiều vi sinh vật tiến hành công phá các chất cellulose, glucose, protein, lipid

có trong thành phần của phân chuồng Quá trình này gồm hai sự kiện: phá vỡ các hợp chất không chứa N và sự khoáng hóa các hợp chất có chứa N Chính

do sự phân hủy này mà thành phần phân chuồng luôn bị biến đổi, có nhiều loại khí như: H2, CH4, CO2, NH3… và hơi nước thoát ra làm cho đống phân ngày càng giảm khối lượng

Quá trình ủ gồm có 4 giai đoạn biến đổi

- Giai đoạn phân tươi

- Giai đoạn phân hoai dang dở

- Giai đoạn phân hoai

- Giai đoạn phân chuyển sang dạng mùn

Các cách ủ phân

- Ủ nóng (ủ tơi): Phân để thành từng đống sao cho tơi, xốp, thoáng khí, giữ ẩm 50 - 60%, ở ẩm độ này nhiệt độ trong đống ủ sẽ lên cao 60 - 70oC, phân mau hoai, diệt cỏ dại, diệt mầm bệnh nhưng mất nhiều N

- Ủ nguội (ủ chặt): phân được đổ thành đống nén chặt đảm bảo đống phân tiến hành ủ trong điều kiện yếm khí, ở ẩm độ 50 - 60% nhiệt độ đống phân không lên cao quá 35oC Trong điều kiện này CO2 thoát ra kìm hãm sự hoạt động của vi sinh vật, phân lâu hoai, không diệt được mầm bệnh và cỏ dại nhưng giữ được N

- Ủ hỗn hợp (ủ nóng trước sau đó ủ nguội): Đối với phân chuồng có nhiều rác độn, hạt cỏ dại, mầm bệnh cần ủ tơi xốp 5 - 7 ngày để nhiệt độ lên đến 60 70oC, phân mau hủy sau đó nén chặt lại nhiệt độ sẽ hạ xuống dần còn khoảng 35oC hạn chế mất N

Khi ủ cần trộn thêm Super P để giữ NH3: Ca(H2PO4) + 4NH3 + H2O -> 2(NH4)2 HPO4 + Ca(OH)2 hoặc có thể dùng tro trấu độn với phân chuồng khi ủ,

vì tro trấu có chứa SiO2 có khả năng giữ NH3

Trong quá trình ủ phân không nên dùng tro bếp trộn với phân chuồng vì

có thể tạo ra các chất kiềm mạnh

CaO, K2O + H2O -> Ca(OH)2, KOH

Nếu sử dụng phân này không đúng đối tượng sẽ làm ảnh hưởng đến sức sinh trưởng và sức sản xuất của cây trồng và làm biến đổi tính chất của đất theo chiều hướng xấu

Theo Nguyễn Quý Mùi (1997) phương pháp ủ hiếu khí có đặc điểm như sau:

- Nguồn phân có ẩm độ vừa phải 56 - 83%

- Nguồn cung cấp carbon làm tăng tỷ lệ C/N khoảng 25/1 Điều này thúc đẩy quá trình phân hủy và tránh thất thoát nguồn đạm do làm giảm các hợp chất khí chứa Nitơ

- Dụng cụ chứa phân ủ phải đảm bảo sự hiếu khí cho toàn bộ khối phân

- Chất mới: Thông thường sự phân hủy hoàn toàn xảy ra khoảng 40 - 60 ngày, để tăng hiệu quả ủ phân và rút ngắn thời gian người ta có thể bổ sung các chất hữu cơ để tăng hoạt động của các vi sinh vật hoặc bổ sung trực tiếp các vi sinh vật khi ủ phân, thời gian ủ phân có thể rút ngắn còn 20 - 40 ngày

Ủ phân kích thích các vi sinh vật hoạt động làm nhiệt độ tăng đáng kể khoảng 45 - 70oC sau 4 - 5 ngày đầu vào lúc này pH acid khoảng 4 - 4,5 Với nhiệt độ và pH này các vi sinh vật gây bệnh hầu hết kém chịu nhiệt dễ dàng bị tiêu diệt, ngoài ra trứng ký sinh trùng, hạt cỏ dại cũng bị phá hủy, quá trình ủ còn làm thoát ra một lượng lớn hơi nước và khí CO2 ra môi trường, sự thoát khí nhiều hay ít còn phụ thuộc vào diện tích đống ủ Quá trình kết thúc hợp chất hữu cơ bị phân hủy trở nên xốp, màu nâu sậm không có mùi khó ngửi

Ủ phân hiếu khí là biện pháp sử dụng nhiều nhất trong việc chế biến, xử

lý phân động vật, là quá trình phân hủy sinh học của các chất rắn trong điều kiện hiếu khí Hợp chất hữu cơ sau khi xử lý có thể dùng làm phân bón một cách an toàn, ít làm ô nhiễm môi trường so với phân tươi thải ra ngoài môi

Ủ phân có thể được thực hiện ở quy mô công nghiệp, ở các trại chăn nuôi lớn, phân sau khi ủ có thể được đóng gói bán ra thị trường Ở quy mô gia đình phương pháp ủ được sử dụng rộng rãi nhằm tận thu nguồn phân và urê hữu cơ sẵn có để làm phân bón trong vườn

1.1.5.2 Bể lắng

Cấu tạo vận hành: Nước thải được chảy qua lưới lọc 1 x 1 hay 1,5 x 1,5

để loại bỏ cặn lớn Sau đó, nước thải được cho chảy vào bể lắng 3 ngăn (thường xây bằng xi măng) có ngăn 1 sâu 2,5 – 3 m, ngăn thứ 2 sâu 1,2 - 1,5 m

và ngăn 3 sâu < 1m Nước được luân chuyển theo kiểu tràn

Chức năng của bể lắng là giảm đi phần lớn các phần rắn trong nước thải nhưng giải quyết không triệt để các tác nhân gây bệnh trong nước thải

Trung bình 1 m3 xử lý cho dưới 10 heo trưởng thành, hoặc dưới 50 heo con

Yêu cầu vận hành: Định kỳ lấy bùn lắng trong các bể (2 - 3 lần/tháng)

sử dụng làm phân bón

1.1.5.3 Hồ sinh học

Từ những năm 50, ở các nước như: Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Philippine, Mỹ đã nghiên cứu và ứng dụng hồ sinh học trong việc xử lý nước thải sinh hoạt và cả nước thải công nghiệp Ở Việt Nam nhiều nông hộ đã áp dụng mô hình kinh tế VACB (vườn, ao, chuồng, khí sinh học) sản phẩm thu được làm thức ăn cho người và gia súc

Các quá trình diễn ra trong hồ sinh học tương tự như quá trình tự rửa sạch ở sông hồ nhưng tốc độ nhanh hơn và hiệu quả hơn Trong hồ có nhiều loại thực vật nước, tảo, vi sinh vật, phiêu sinh vật, nấm… sinh sống và phát triển hấp thụ các chất ô nhiễm quần thể động thực vật này đóng vai trò quan trọng trong quá trình vô cơ hoá các hợp chất hữu cơ của nước thải Trước tiên

vi sinh vật công phá các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản

và vô cơ Tảo, thực vật sử dụng các chất vô cơ làm nguồn dinh dưỡng, đồng

sinh vật và vi sinh vật, tảo oxy hoà tan cung cấp cho vi khuẩn hoại sinh tăng

phân hủy vật chất hữu cơ, tảo, phiêu sinh làm thức ăn cho cá, cá bơi lội khuấy

trộn nước có tác dụng tăng sự tiếp xúc của oxy như một tác nhân xúc tác thúc

đẩy sự hoạt động phân hủy của vi sinh vật Cứ như thế trong hồ sinh học tạo ra

sự cân bằng vững chắc và cá trong hồ phát triển bình thường tốc độ lớn nhanh

Phẩm chất thịt không thay đổi

Quy trình này có ưu điểm là công nghệ và vận hành khá đơn giản giá

thành rẻ nhưng có nhược điểm là xử lý không triệt để khí thải còn mùi hôi đặc

biệt cần diện tích rộng để xử lý đạt hiệu quả

1.1.5.4 Thùng sục khí ( Aerotank)

Sau khi nước thải cho qua bể lắng, nước thải được chuyển vào một

thùng được sục khí tạo thành quá trình lên men hiếu khí

Quá trình này làm giảm lược các phần lơ lửng trong nước, giảm một số

vi sinh có hại Ưu điểm là thiết kế gọn, cần diện tích vận hành nhỏ nhưng giá

thành cao

1.1.5.5 Khử mùi hôi chuồng trại

Sự hình thành khí chuồng nuôi chủ yếu trong quá trình thối rữa của phân

do các vi sinh vật gây thối, quá trình này ngoài NH3 và H2S còn có một số khí

trung gian được hình thành góp phần vào việc tạo mùi hôi cho chuồng nuôi

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều chế phẩm để khử mùi hôi trongg

chăn nuôi, càng ngày các chế phẩm vi sinh được sử dụng nhiều trong chăn nuôi

vì nó khá thân thiện với môi trường

Bảng 1.13: Các loại chế phẩm khử mùi hôi trong chăn nuôi

Việt Nam

5 Kemzym Enzym tiêu hoá

Tăng hấp thu thức ăn, giảm bài tiết dưỡng chất

Thái Lan, Đức

6 Pyrogreen Hoá sinh tự nhiên Giảm khả năng sinh

Việt Nam

Nguồn: Bùi Xuân An và CTV (2000)

1.1.5.6 Xử lý bằng hệ thống Biogas

Nhằm xử lý tốt nguồn nước thải trong chăn nuôi, cung cấp nước tưới

sạch và phân bón tốt cho trồng trọt bên cạnh đó tận dụng nguồn khí metan làm

khí đốt cho gia đình, góp phần nâng cao kinh tế cho nhà nông

1.1.6 Ứng dụng của chất thải chăn nuôi hiện nay

1.1.6.1 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 loại mầm bệnh truyền nhiễm Nếu phân được ủ thì các chất hữu cơ sẽ chuyển sang dạng vô cơ khi đó phân sẽ

có bổ sung thêm chế phẩm Penac P (gói màu vàng, 1-2 gói/tấn phân, có tác dụng kích thích vi sinh vật có ích phát triển, hạn chế vi sinh vật có hại) Trộn đều các loại phân với nhau, chất thành đống có độ cao 1,5-2m, đường kính tuỳ

số lượng phân đem ủ Nén chặt, trát một lớp bùn nhão kín toàn bộ đống phân, trên đỉnh đống phân để chừa một lỗ hình tròn có đường kính 20-25cm để đổ nước tiểu, nước phân bổ sung (15-20 ngày/lần), làm mái che mưa cho đống phân ủ Sau 40-50 ngày (vụ hè) hoặc 50-60 ngày (vụ đông) đống phân chuồng hoàn toàn hoai mục, phân tơi xốp, không có mùi hôi thối, đem bón cho cây trồng rất tốt

ƒ Kỹ thuật ủ chìm

Chọn đất nơi cao ráo, đào hố ủ sâu: 1,0-1,5m, đường kính hố ủ: 1,5-3m (tuỳ lượng phân cần ủ) Đáy và phần chìm của hố ủ được lót bằng nilon hay lá chuối tươi để chống nước ngầm xâm nhập hoặc nước phân chảy đi, rồi tiến hành ủ phân chuồng, phân bắc, phân xanh vào hố đã chuẩn bị, như đã trình bày ở phần trên

1.1.6.2 Làm thức ăn thủy sản

Trong nghề nuôi cá, việc xử lý và tận dụng phân hữu cơ là một hướng có nhiều

ưu điểm: giảm chi phí thức ăn cho cá đồng thời bảo vệ được môi trường khỏi bị

ô nhiễm Phân chuồng (lợn, trâu, bò) phân chim, gà, vịt cũng như các thức

ăn thừa rơi vãi xuống nước sẽ được cá sử dụng

Các chuyên gia cũng đưa ra 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 số lượng phân của 30-45 con lợn đủ cho diện tích 1ha mặt ao nuôi; nuôi cá rô phi 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 trong một ngày đêm, để tránh sự quá tải dẫn đến ô nhiễm làm cá chết

Theo số liệu của FAO, khi dùng phế thải chăn nuôi để nuôi cá cho phép thu được sản lượng cá như sau: Trong vòng 1 năm dùng phế thải của 1 con bò sữa

để nuôi cá sẽ thu được 100-200kg cá tùy theo cách chăm sóc; của 1 con trâu hay con bò thịt sẽ được 90-160kg cá; của 1 con cừu là 10-17kg cá, của 1 con lợn là 15-40kg cá; của 1 con gà đẻ là 6-8kg cá và của 1 con gà tây là 7-8kg cá Tuy nhiên, cần chú ý là sau mỗi vụ thu hoạch cá, cần tẩy sạch đáy ao, phơi khô, diệt trùng để đảm bảo thắng lợi cho vụ nuôi tiếp theo Áp dụng mô hình VAC chính là mô hình tận dụng vật thải một cách tối đa

1.1.6.3 Làm hầm ủ biogas

Một trong những biện pháp để xử lý chất thải chăn nuôi là ủ biogas Đây là phương pháp cũng được sử dụng rộng rãi Nguyên lý ủ biogas dựa trên sự phân hủy yếm khí các hợp chất hữu cơ của các vi sinh vật yếm khí Hỗn hợp khí sinh

ra gồm: CH4, H2S, NH3, trong đó CH4 là sản phẩm chủ yếu

Hầm ủ biogas có các ưu điểm: tạo nguồn năng lượng để thắp sáng, sưởi ấm, chạy máy phát điện; chất cặn thải sau quá trình lên men dùng để bón cho cây trồng sẽ hạn chế được việc sử dụng phân hoá học; ngoài ra, trong quá trình lên men trong điều kiện kỵ khí các vi khuẩn gây bệnh cho con người đã được loại trừ Như vậy, phát triển biogas không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn

là giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, góp phần bảo vệ và nâng cao sức khoẻ cộng đồng dân cư, đồng thời tạo điều kiện nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp

Cùng với việc phát triển chăn nuôi, biogas sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai Sử dụng công nghệ biogas là giải pháp hữu hiệu cho phép kết hợp hài hòa giữa cung cấp năng lượng với giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.2 TỔNG QUAN VỀ HẦM Ủ BIOGAS

1.2.1 Khái niệm biogas

Biogas là một loại khí đốt sinh học được tạo ra khi phân hủy yếm khí phân thải ra của gia súc Các chất thải của gia súc được cho vào hầm kín (hay túi ủ), 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 để đốt, phục vụ sinh hoạt

Các chất thải ra sau quá trình phân hủy trong hầm kín (hay túi ủ) gần như sạch và có thể thải ra môi trường, đặc biệt nước thải của hệ thống Biogas có thể

dùng tưới cho cây trồng

1.2.2 Đặc tính biogas

Đối với khí của biogas thì trọng lượng riêng khoảng 0.9 - 0.94 kg/ m3, trọng lượng riêng này thay đổi là do tỉ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp

Lượng H2S chiếm một lượng ít nhưng có tác dụng trong việc xác định nơi

hư hỏng của túi để sửa chữa

Gas có tính dễ cháy trong không khí nếu được hòa lẫn với tỉ lệ từ 6 - 25% mới có thể cháy được (vì thế khi 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

1.2.3 Cơ chế tạo biogas trong hệ thống biogas

Sự tạo thành khí sinh vật là một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều phản ứng, cuối cùng tạo ra khí CH4 và CO2 và một số chất khác Quá trình này được thực hiện theo nguyên tắc phân hủy kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí đã phân hủy từ những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, một lượng đáng kể chuyển thành khí và dạng chất hòa tan

Sự phân hủy kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với sự tham giữa các chủng loại vi sinh vật đa dạng Đó là sự phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glycerin, acid béo, acid béo bay hơi, methylamin cùng các chất độc hại như: Tomain (Độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như: Indol, Scatol (Đặng Ngọc Thanh - 1974) Và cuối cùng là liên kết cao phân tử mà nó không phân hủy được dễ dàng bởi vi khuẩn yếm khí như lignin, cellulose

Tiến trình tổng quát như sau:

T o = 35 o C

pH = 7

(C6H10 O5)n + n H2O Vi sinh vật 3nCO2 + 3n CH4 + 4.5cal

Mặt khác vi sinh vật tham gia trong giai đoạn một của quá trình phân hủy

kỵ khí đều thuộc nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose Nhóm vi khuẩn này hầu hết có các enzyne cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau Hầu hết là các trực trùng có bào tử (Spore) Theo A.R Prevot chúng có mặt trong các họ:

+ Clostridium + Plectridium + Caduceus + Endosponus + Terminosponus Chúng biến dưỡng ở điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như formate, acetate, alcohol, methylique, methylamine Trừ

CO2, những chất còn lại đều có khả năng cho electron và dùng để dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh methane (Trần Văn Du – 1984) riêng nhóm vi khuẩn yếm khí methane rất chuyên biệt và được nghiên cứu kỹ bởi W.E.Balcl và các cộng tác viên ở Mỹ (1979) Nhóm vi khuẩn này được xếp thành ba bộ (order), bốn họ (family), mười bảy loài (genus) Tất cả các vi khuẩn này có hai coenzyne đặc thù:

Coenzyme M (2 mercaptoethan – sulfonic – acid) Coenzyme F420 (Một loại flavin mononucleotide) Hai coenzyme này đều là reductase, nghĩa là chúng tải electron từ những chất cho electron đến một chất khác để khử hòa chất đó Điều đặc biệt là cho tới nay người ta chỉ tìm thấy hai coenzyme này có ở nhóm vi khuẩn sinh khí methane mà không thấy ở nhóm khác (Trần Văn Du – 1984)

Tóm lại, các vi sinh vật sinh methane theo nhiều cơ chế phản ứng khác nhau như sau:

4 CH3OH → 3 CH4 + HCO3- + H2O + H++ Methylamine thủy phân tạo methane:

4 CH3NH3+ + 3 H2O → 3 CH4 + HCO3- + 4 NH4+ + H+

2 (CH3)2NH2+ + 3 H2O → 3 CH4 + HCO3- + 2 NH4+ + H+

4 (CH3)3NH+ + 9 H2O → 9 CH4 + 3 HCO3- + 6 NH4+ + 3 H+

Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí được tóm tắt qua sơ đồ sau:

Sơ đồ 1.1: Quá trình lên men của các chất hữu cơ do các vi sinh vật yếm

+ Phân bón

Thành phần của cặn nước thải sau khi qua Biogas có các chất dinh dưỡng thấp hơn để làm phân bón hoặc làm thức ăn cho cá Đặc biệt theo nghiên cứu của tác giả Nguyễn Thị Hoa Lý [4] số lượng các ấu trùng và trứng giun sán giảm rõ rệt so với phân tươi, do đó an toàn hơn khi dùng nước thải này để tưới

cây

Bảng 1.14: Hiệu quả xử lý phân của hệ thống Biogas

Chỉ tiêu Trước khi xử lý Sau khi xử lý

7,9 – 8 5.800 - 6.600 3.400 - 3.900

12 - 15,26 x 10412,3 x 103 - 25,74 x 105Khí sinh học

Phân và nước tiểu Hệ thống Biogas Phân bón và thức ăn cho cá

Streptococcus (MPN/l)

Trứng ký sinh trùng (trứng/g)

54,5 x 1062.750

0,31 - 2,7 x 102

105 - 175

Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) Trích dẫn Nguyễn Hà Mỹ (2002)

1.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh biogas

1.2.5.1 Điều kiện kỵ khí tuyệt đối

Là sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong bình ủ đòi hỏi phải

ở điều kiện kỵ khí hoàn toàn Vì sự có mặt của oxygen 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

1.2.5.2 Nhiệt độ

Nhiệt độ cũng làm thay đổi đến quá trình sinh gas trong bình ủ, vì nhóm

vi khuẩn yếm khí rất nhạy cảm bởi nhiệt độ Chúng hoạt động tối ưu ở 310C–

360C, dưới 100C 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 – 300C 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 10C (UBKHKT Đồng Nai – 1989)

1.2.5.5 Thời gian ủ

Thời gian ủ dài hay ngắn 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 (UBKHKT Đồng Nai – 1989)

1.2.5.6 Hàm lượng chất rắn (Vật chất khô)

Hàm lượng chiếm dưới 9% thì hoạt động của túi ủ sẽ tốt Hàm lượng chất rắn thay đổi khoảng 7 – 9 % và phụ thuộc vào khả năng sinh 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 bình giảm, nên sự cung cấp chất rắn cao hơn có thể chấp nhận được và ngược lại (UBKHKT Đồng Nai – 1989)

1.2.5.7 Thành phần dinh dưỡng

Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường, liên tục thì phải cung cấp đầy

đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật Thành phần chính của nguyên liệu là C, N Thành phần C thì ở dạng Carbonhydrate (C: tạo năng lượng); N ở dạng Nitrate, protein, Amoniac (N tham gia cấu trúc tế bào)

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 30/1 cho sự phân hủy

kỵ khí tốt

Bảng 2.1: Tỷ lệ C/N trong một số loại phân

Loại phân Tỉ lệ C/N Trâu bò

Heo

Gà Cừu Ngựa Người

25/1 13/1 5/1 – 10/1 29/1 24/1 2,9/1

- Tổng thể tích phân nước cho vào trong ngày và tỉ lệ phân nước

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

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

Ngoài ra yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gas

1.2.6 Các chất gây trở ngại quá trình sinh biogas

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

vô cơ Theo nghiên cứu của Nguyễn Việt Năng, hàm lượng các chất sau đây

ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kỵ khí

Bảng 2.2 Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kỵ khí

Tên hóa học Hàm lượng

SO42- 5.000 ppm NaCl 40.000 ppm

NH3 1.500 – 3.000 mg/l

Na 3.000 – 5.500 mg/l

K 2.500 – 4.500 mg/l

Ca 2.500 – 4.500mg/l

Mg 1.000 – 1.500mg/l (*): Alkyl benzen sulfonate

1.2.7 Ứng dụng của biogas trong đời sống và sản xuất

1.2.7.1 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 Việc nấu

nướng dễ dàng, sạch sẽ hơn, đồng thời tiết kiệm thời gian

1.2.7.2 Hạn chế ô nhiễm - bảo vệ môi trường

Hiện nay ô nhiểm môi trường đang là vấn đề rắc rối 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 trẻ em

+ Rừng tự nhiên bị phá do nhu cầu năng lượng gia tăng, nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt (Lê Văn khoa -1995)

Sự phát triển của ngành chăn nuôi đã làm gia tăng sản phẩm bài thải cho nên tận dụng nguồn phân làm biogas sẽ là phương cách 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 giảm mùi hôi không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là ký sinh trùng

và các mầm bệnh lây lang bị tiêu diệt đáng kể (Ủy Ban Khoa Học Kỹ Thuật Đồng Nai, 1989)

- Nước thải sau khi qua bình ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng để kết hợp trong mô hình V.A.C.B:

+ Nước thải sau khi qua biogas dùng để nuôi tảo, bèo làm thức ăn cho gia súc gia cầm

+ Nước thải là nguồn phân bón tốt, hợp vệ sinh

+ Nước thải còn là nguồn thức ăn của động vật thủy sinh

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

1.2.8.1 Trên thế giới

Các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi dào, cho nên việc ứng dụng kỹ 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 sĩ, Canada, Hà Lan

- Ở châu Á: Trung Quốc và Ấn Độ có số lượng biogas nhiều nhất (Kristoferson and Bokhalders)

- Trung Quốc: Sau 1975 với hình thức “biogas cho mỗi hộ gia đình” đã thiết lập khoảng 1,6 triệu cái mỗi năm Đến 1982, với con số lớn hơn 7 triệu cái được lắp đặt ở Trung Quốc Tuy số lượng lớn được lắp đặt như thế, nhưng con

Hình 1.1: Sử dụng chất thải biogas để nuôi cá, bèo và trồng rau

số không thành công cũng chiếm tỷ lệ không nhỏ Chẳng hạn năm 1980 hơn 50% tổng số cái đã rơi vào tình trạng không sử dụng được (Marchain,1992)

- Tại Ấn độ: sự phát triển mới với những mô hình mới đã không được hợp nhất nhanh chóng Chính vì thế có cuộc cải cách kết hợp với sự phản hồi từ nông hộ đã giải quyết nạn ô nhiễm môi trường (Kristoferson and Bokhalders - 1991)

Đồng ý với Marchain (1992), Kristoferson and Bokhalders đã đưa ra những vấn đề như: mô hình không đúng, xây dựng sai, khó khăn về tài chính, những rắc rối trong lúc thực hiện Nhìn chung Ấn độ rất thích hợp trong chương trình biogas kết hợp nông hộ để giải quyết vấn đề môi trường

mô hình nông trại kết hợp

Túi ủ bằng nylon chỉ mới tập trung ở các tỉnh phía Nam như quanh thành phố Hồ Chí Minh, thành phố Cần Thơ Trong quá trình lắp đặt và sử dụng thì

tỷ lệ thành công ở các tỉnh phía Nam đạt cao hơn ở các tỉnh miền Trung và các tỉnh miền Bắc (Bùi Xuân An - 1995)

Ngoài các yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công của biogas như điều kiện

xã hội, sự tiếp cận thông tin khoa học kỹ thuật, thì sự duy trì bảo quản túi cũng

là yếu tố quan trọng Ở miền Nam sự thành công cao hơn ở miền Trung, miền Bắc về lắp đặt và sử dụng biogas bằng túi nylon có thể là do:

- Khó khăn về vốn trong chăn nuôi

- Khó khăn về khí hậu, trong đó yếu tố nhiệt độ chi phối rất lớn Đó là thời điểm mùa đông nhiệt độ hạ thấp làm biogas hoạt động không tốt

1.2.9 Ưu điểm của hầm ủ biogas

- Lượng vi khuẩn gây hại trong phân và chất thải chăn nuôi đã bị phân hủy thành khí gas và nước

- Tiết kiệm tiền chất đốt từ 80.000-150.000 đồng/hộ/tháng

- Thêm vào đó, nước thải của hệ thống đã diệt hết 99% trứng giun sán, tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới rau sạch

- Tổng kinh phí xây dựng một hầm biogas trung bình từ 4-5 triệu đồng Việc sử dụng hầm biogas giúp cho mỗi hộ gia đình tiết kiệm trung bình được từ 700.000 - 1 triệu đồng/năm Các gia đình ở nông thôn cũng có thể tự làm hầm ủ tạo khí biogas dựa trên những bản vẽ thiết kế đơn giản và dễ hiểu Diện tích xây dựng hầm ủ không lớn, có thể làm chìm dưới đất

- Hầm biogas còn mang lại phân bón an toàn cho canh tác, hạn chế côn trùng phát triển và sinh trưởng, qua đó giúp giảm dịch hại từ 70%-80%, bảo vệ

sức khỏe người nông dân

- Một ưu điểm rất dễ thấy về mặt môi trường, đó là vấn đề rác thải và

vệ sinh môi trường được đảm bảo Hầu hết các loại rác thải nông nghiệp

và hộ gia đình đều có thể đưa vào hố ủ vì đa số chúng là chất thải hữu cơ

dễ phân huỷ Sau khi được lấy ra từ bể ủ, chất thải này hầu như không còn các loại vi sinh vật gây bệnh như trước khi đưa vào bể ủ Các loại chất thải được chú ý thu gom, tạo cảnh quan đẹp của môi trường trong gia đình, thôn xóm; chuồng trại luôn trong tình trạng sạch sẽ

1.2.10 Các dạng hầm ủ ở Việt Nam

ƒ 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

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