Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại Xã Tân Cương thành Phố Thái Nguyên tỉnh Thái Nguyên

54 Bảng 4.12 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hóa học của nước thải chăn nuôi lợn trước công trình khí sinh học Biogas.. 57 Bảng 4.13 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯƠNG ĐỨC ANH TUẤN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ TÂN CƯƠNG,

THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN, TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hê ̣ đào ta ̣o Chuyên ngành Khoa

Khóa học

: Chính quy : Khoa học môi trường : Môi trươ ̀ ng

: 2011 - 2015

Thái Nguyên, 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

LƯƠNG ĐỨC ANH TUẤN

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI XÃ TÂN CƯƠNG,

THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN, TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hê ̣ đào ta ̣o Chuyên ngành Khoa

Khóa học

: Chính quy : Khoa học môi trường : Môi trươ ̀ ng

: 2011 - 2015 Gi¶ng viªn h-íng dÉn: PGS TS Nguyễn Thế Hùng Khoa M«i tr-êng - Tr-êng §¹i häc N«ng L©m Th¸i Nguyªn

Thái Nguyên, 2015

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này ngoài sự cố gắng rất nhiều của bản thân, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong khoa Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:

Các thầy cô trong trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, đặc biệt là thầy cô trong khoa Môi trường và khoa Quản lý tài nguyên đã trang bị cho

em nền tảng kiến thức vững chắc về môi trường cũng như các phương pháp quản lý và xử lý bảo vệ môi trường và nhiều lĩnh vực liên quan khác

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS TS Nguyễn Thế Hùng – khoa Môi Trường, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ

em rất nhiều để em hoàn thành được nội dung đề tài này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cô chú, anh chị tại Ủy ban nhân dân xã Tân Cương và các bác Trưởng Xóm đã nhiệt tình giúp đỡ

em trong quá trình học tập và nghiên cứu tại cơ sở

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã hết lòng động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cả về vật chất và tinh thần cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu

Do trình độ và thời gian thực hiện đề tài có giới hạn nên đề tài không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô và các bạn sức khỏe!

Sinh viên thực hiện

Lương Đức Anh Tuấn

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm 6

Bảng 2.2 Thành phần (%) cuả chất thải của gia súc gia cầm 7

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của phân một số loại gia súc 8

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của nước tiều lợn 9

Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn 9

Bảng 2.6 Điển hình thành phần của khí sinh học 14

Bảng 2.7 Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được 15

Bảng 2.8 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 20

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu và phương pháp thử nghiệm 32

Bảng 4.1 Số đàn gia súc gia cầm tại xã Tân Cương năm 2011 – 2013 40

Bảng 4.2 Hiện trạng lắp đặt hầm Biogas của các xóm trong xã Tân Cương 44

Bảng 4.3 Nguồn cung cấp thông tin về Biogas cho các nông hộ 45

Bảng 4.4 Lý do người dân lắp đặt Biogas 46

Bảng 4.5 Chi phí xây dựng hầm khí Biogas của hộ (tính BQ/ hầm) 48

Bảng 4.6 Kết quả điều tra thực tế về các kiểu hầm Biogas được lắp đặt trên địa bàn xã 49

Bảng 4.7 Loại bếp sử dụng cho Biogas 50

Bảng 4.8 Kết quả điều tra về thời gian nấu ăn bằng bếp Biogas 51

Bảng 4.9 Bảng thu và chi khi không xây dựng Biogas của gia đình ông Nguyễn Đình Phúc tại xóm Nhà Thờ xã Tân Cương 52

Bảng 4.10 Bảng thu và chi khi sử dụng Biogas của gia đình ông Phúc tại xóm Nhà Thờ xã Tân Cương 53

Bảng 4.11 Bảng so sánh thu và chi khi sử dụng và không sử dụng Biogas 54

Bảng 4.12 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hóa học của nước thải chăn nuôi lợn trước công trình khí sinh học Biogas 57

Bảng 4.13 Kết quả phân tích một số chỉ tiêu vật lý, hóa học của nước thải chăn nuôi lợn sau công trình khí sinh học Biogas 58

DANH MỤC HÌNH

Trang

Hình 2.1 Mô hình hầm Biogas trong thực tế 17

Hình 2.2 Mô hình hầm Biogas Composite 19

Hình 4.1: Vị trí xã Tân Cương trên ảnh vệ tinh 33

Hình 4.2: Hầm Biogas nắp vòm cố định 41

Hình 4.3: Hầm Biogas Composite 42

Hình 4.4: Hầm sinh khí Biogas kiểu túi ủ bằng bạt nhựa HDPE 42

Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện các kênh thông tin mà người dân biết đến Biogas 45

Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện lý do người dân lắp đặt hầm Biogas 47

Hình 4.7: Biểu đồ tỷ lệ các kiểu hầm Biogas được lắp đặt trên địa bàn xã 49

Hình 4.8: Biểu đồ thể hiện loại bếp sử dụng cho Biogas 50

Hình 4.9: Biểu đồ thể hiện tỷ lệ về thời gian nấu ăn bằng bếp Biogas 51

Hình 4.10: Màu sắc của nước thải đầu vào và đầu ra của hầm ủ Biogas 56

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

3 COD Nhu cầu oxy hóa học

4 BOD Nhu cầu oxy sinh hóa

MỤC LỤC

Trang

PHẦN 1MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu, yêu cầu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu 2

1.2.2 Yêu cầu 3

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

1.3.1Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài 4

2.1.1 Khái niệm về chất thải của động vật 4

2.1.2 Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi 4

2.1.3 Đặc điểm các loại chất thải chăn nuôi 5

2.1.4 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại địa phương 10

2.1.5 Một số phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi 12

2.1.5.1 Sử dụng chế phẩm EM sinh học 12

2.1.5.2 Sử dụng Zeolit ( SiO2) 12

2.1.5.3 Dùng thực vật 13

2.1.5.4 Mô hình VAC 13

2.1.6 Công nghệ Biogas 13

2.1.7 Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas 20

2.1.7.1 Hiệu quả kinh tế 20

2.1.7.2 Hiệu quả môi trường 21

2.1.7.3 Hiệu quả xã hội 21

2.2 Cơ sở pháp lý của đề tài 22

2.3 Cơ sở thực tiễn của đề tài 22

2.3.1 Hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas trên thế giới 23

2.3.2 Hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas ở việt

nam……… 25

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Đối tượng và pham vi nghiên cứu 28

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 28

3.3 Nội dung nghiên cứu 28

3.3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái nguyên 28

3.3.2 Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ Biogas hộ gia đình xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại địa phương 28

3.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng công trình Biogas qua các chỉ tiêu hóa học được phân tích 29

3.3.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế do hầm ủ Biogas đem lại 29

3.3.5 Những thuận lợi và khó khăn khi lắp đặt hầm ủ Biogas Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas 29

3.4 Phương pháp nghiên cứu 29

3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu 29

3.4.1.1 Thu thập số liệu thứ cấp 29

3.4.1.2 Thu thập số liệu sơ cấp 29

3.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 30

3.4.3 Phương pháp phân tích, thống kê 30

3.4.4 Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 30

3.4.5 Phương pháp tổng hợp, đánh giá và so sánh 32

3.4.6 Phương pháp xử lý và thống kê số liệu 32

PHẦN 4KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại xã Tân Cương – Thành Phố Thái nguyên – Tỉnh Thái Nguyên 33

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 33

4.1.1.1 Vị trí địa lý 33

4.1.1.2 Địa hình, địa mạo 34

4.1.1.3 Khí hậu 34

4.1.1.4 Thủy văn 34

4.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 37

4.1.2.1 Xã hội 37

4.2 Hiện trạng sử dụng hầm ủ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi của các hộ gia đình trên địa bàn xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái Nguyên 39

4.2.1 Khái quát tình hình phát triển ngành chăn nuôi xã Tân Cương 39

4.2.2 Các loại hầm ủ Biogas được sử dụng ở xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái Nguyên 41

4.2.2.1 Nguồn thông tin mà các nông hộ biết đến Biogas 45

4.2.2.2 Lý do người dân lắp đặt hầm Biogas và mục đích người dân sử dụng hầm ủ Biogas 46

4.2.2.3 Chi phí xây dựng hầm ủ Biogas 48

4.2.2.4 Các kiểu hầm Biogas trên địa bàn xã 49

4.2.2.5 Loại bếp sử dụng cho Biogas 50

4.2.2.6 Thời gian nấu ăn bằng bếp Biogas 51

4.2.3 Đánh giá hiệu quả kinh tế khi sử dụng hầm Biogas 52

4.2.4 Đánh giá hiệu quả môi trường trong nước thải chăn nuôi của hầm ủ Biogas 56

4.2.5 Đánh giá hiệu quả xã hội 61

4.2.6 Lợi ích, những khó khăn và thuận lợi khi lắp đặt hầm ủ Biogas 61

4.2.7 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas 63

4.2.7.1 Giải pháp chung 63

4.2.7.2 Giải pháp cụ thể 64

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

5.1 Kết luận 67

5.2 Kiến nghị 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

I TIẾNG VIỆT 69 PHỤ LỤC

Tân Cương là xã ngoại thành phía tây Nam của Thành Phố Thái Nguyên, chủ yếu dân số là nông nghiệp, chủ yếu dựa vào hoạt động trồng trọt và chăn nuôi gia súc, gia cầm Chăn nuôi đóng vai trò quan trọng trong kinh tế hộ gia đình và là một trong những nguồn thu chủ yếu của nông hộ Xã được đánh giá

là có đàn gia súc khá cao của Thành Phố, điều này đồng nghĩa với việc ngày càng gia tăng nhiều chất thải có hại từ hoạt động chăn nuôi

Đặc biệt ngành chăn nuôi lợn phải đối mặt với lượng chất thải rất lớn và nặng mùi khó chịu Hiện nay, lợn được chăn nuôi theo phương thức công nghiệp, lượng thức ăn được chăn bằng cám ăn thẳng nên phân thường có mùi hôi nồng nặc, rất khó chịu Chưa kể chất độn chuồng, các sản phẩm thức ăn thừa không được xử lý triệt để không những ảnh hưởng tới sức khoẻ của đàn

lợn, người chăn nuôi, dân cư xung quanh mà còn làm ô nhiễm không khí, nước ngầm…

Vấn đề đặt ra là tìm được một giải pháp hữu hiệu vừa xử lý được lượng lớn chất thải có hại trong nghành chăn nuôi và chế biến chúng thành nguyên liệu có ích phục vụ sản xuất và sinh hoạt

Để khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi nói chung

và chăn nuôi lợn tại xã Tân Cương nói riêng Nhiều hộ nông dân trên địa bàn

xã trong thời gian vừa qua đã xây dựng hầm ủ Biogas không những mang lại hiệu quả thiết thực cho người chăn nuôi mà còn tạo cho môi trường sống ngày càng trong sạch và bảo vệ sức khoẻ con người Vì thế, việc quản lý chất thải

từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế

Xuất phát nguyện vọng của bản thân và sự nhất trí của khoa Môi trường,

Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, em tiến hành nghiên cứu đề tài :

“Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi lợn

quy mô hộ gia đình tại Xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái Nguyên” để đánh giá những lợi ích mà Biogas đem lại Để mở rộng phạm vi

áp dụng mô hình Biogas có hiệu quả thì công việc nghiên cứu về Biogas là rất quan trọng

1.2 Mục tiêu, yêu cầu của đề tài

- Đánh giá hiệu quả kinh tế do hầm ủ Biogas đem lại

- Đề xuất các giải pháp quản lý và kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của hầm ủ Biogas

1.2.2 Yêu cầu

- Thu thập các thông tin về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã

- Đảm bảo số liệu, tài liệu đầy đủ, chính xác, khách quan và trung thực

- Phản ánh đúng tình trạng quản lý các loại chất thải chăn nuôi và tình

hình sử dụng hầm ủ Biogas

- Phỏng vấn các hộ gia đình bằng bộ câu hỏi phải dễ hiểu, đảm bảo đầy

đủ thông tin phục vụ quá trình đánh giá

- Phương pháp và số liệu phân tích phải chính xác, khách quan,

trung thực

- Các giải pháp đặt ra phải khả thi và phù hợp với điều kiện kinh tế của

địa phương

1.3 Ý nghĩa của đề tài

1.3.1Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

- 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

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đánh giá được hiện trạng, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng mô hình Biogas tại xã Tân Cương Thành Phố Thái Nguyên Tỉnh Thái Nguyên Từ đó đề xuất giải pháp khắc phục khó khăn, nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình Biogas tại địa phương

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài

2.1.1 Khái niệm về chất thải của động vật

Chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp

là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo khí Biogas Khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc, gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại và đặc điểm nghành của từng quốc gia

2.1.2 Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi

Chất thải chăn nuôi là nguyên nhân gây ô nhiễm lớn cho môi trường tự nhiên do lượng lớn các khí thải và chất thải từ chăn nuôi Các khí thải từ vật nuôi cũng chiếm tỷ trọng lớn trong các khí thải gây hiệu ứng nhà kính

Theo báo cáo của FAO, chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nitơ oxit (N2O) trong khí quyển Đây là loại khí có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2 Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4) – loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 23 lần khí CO2

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 cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình, 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung, nhưng mới chỉ có 8,7% số hộ xây dựng công trình khí sinh học (hầm Biogas) Tỷ lệ hộ gia đình có chuồng trại chăn nuôi hợp vệ

sinh cũng chỉ chiếm 10% và chỉ có 0,6% số hộ có cam kết bảo vệ môi trường Vẫn còn khoảng 23% số hộ chăn nuôi không xử lý chất thải bằng bất kỳ phương pháp nào mà xả thẳng ra môi trường bên ngoài…gây sức ép đến môi trường

Chất thải chăn nuôi tác động đến môi trường và sức khỏe con người trên nhiều khía cạnh: Gây ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, môi trường khí, môi trường đất và các sản phẩm nông nghiệp Đây chính là nguyên nhân gây ra nhiều căn bệnh về hô hấp, tiêu hóa, do trong chất thải chứa nhiều vi sinh vật gây bệnh Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã cảnh báo, nếu không có biện pháp thu gom và xử lý chất thải chăn nuôi một cách thỏa đáng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, vật nuôi và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Đặc biệt là các virus biến thể từ các dịch bệnh như: lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn có thể lây lan nhanh chóng và có thể cướp đi sinh mạng của rất nhiều người Theo Báo cáo tổng kết của Viện Chăn nuôi (Bộ NN&PTNT), nồng độ khí H2S và NH3 trong chất thải chăn nuôi cao hơn mức cho phép khoảng 30-40 lần Tổng số vi sinh vật và bào tử nấm cũng cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra, nước thải chăn nuôi còn chứa Coliform, E.coli, COD và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với tiêu chuẩn cho phép

2.1.3 Đặc điểm các loại chất thải chăn nuôi

Các loại chất thải chăn nuôi bao gồm:

- Phân từ gia súc, gia cầm

- Phế phụ phẩm nông nghiệp: lá cây, cành cây,vỏ, hạt…

từ các niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài

+ Các loại VSV trong thức ăn, ruột bị thải ra ngoài theo phân

-Lượng phân:

Lượng phân thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi

và khẩu phần ăn Lượng phân thải ra mỗi ngày có thể ước tính

6 – 8% trọng lượng của vật nuôi Lượng phân thải trung bình của lợn trong 24 giờ được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 2.1 Khối lượng phân và nước tiểu của gia súc thải ra trong 1 ngày đêm

Loại gia súc Lượng phân

(kg/ngày)

Nước tiểu (kg/ngày)

- Những chất không tiêu hóa được hoặc những chất thoát khỏi sự

tiêu hóa của VSV hay các men tiêu hóa (chất xơ, protein không tiêu hóa được), acid amin thoát khỏi sự hấp thụ (được thải qua nước tiểu: acid uric

ở gia cầm, ure ở gia súc) Các khoáng chất cơ thể không sử dụng được

K2O, P2O5, CaO, MgO

- Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa : trypsin, pepsin

- Các mô tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân

ra ngoài

- Các VSV bị nhiễm tong thức ăn, ruột: virus, vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán bị tống ra ngoài

Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Thành phần dưỡng chất của thức ăn và nước uống

- Độ tuổi của lợn (mỗi độ tuổi sẽ có khả năng tiêu hóa khác nhau)

- Tình trạng sức khỏe vật nuôi và nhu cầu cá thể: nếu nhu cầu cá thể cao thì sử dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải sẽ ít và ngược lại

Bảng 2.2 Thành phần (%) cuả chất thải của gia súc gia cầm

Loại phân Nước Nitơ P 2 O 5 K 2 O CaO MgO

Trâu, bò 83,14 0,29 0,17 1,00 0,35 0,13

(Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004)13

Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virus và trứng ký

sinh trùng, trong đó vi khuẩn thuộc họ Enterobacteriacea,chiếm đa số với các giống điển hình như Escherichia, Salmonella, Shigella, Proteus, Klebsiella

Trong 1kg phân có chứa 2000 – 5000 trứng giun sán gồm chủ yếu các

loại: Ascaris suum, Oesophagostomum, Trichocephalus (Nguyễn Thị Hoa

Lý, 2004)

Bảng 2.3 Thành phần hóa học của phân một số loại gia súc

Loại gia súc

Thành phần hóa học (% trọng lượng khô) Chất tan dễ

Nước phân chuồng là hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng

Vì vậy nước phân chuồng rất giàu dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân bón Trong 1m3 nước phân có khoảng: 5 – 6kg N nguyên chất; 0,1kg P2O5; 12kg K2O (Bergmann,1965) Nước phân chuồng là nghèo lân, giàu đạm

và rất giàu Kali Đạm trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: urê, axit uric và axit hippuric,khi tiếp xúc với không khí một thời gian hay bón vào đất thì bị VSV phân giải axit uric và axit hippuric thành urê và sau đó chuyển hóa thành amoni carbonat

 Nước tiểu gia súc

- Thành phần của nước tiểu gia súc tùy thuộc vào điều kiện dinh dưỡng

và khí hậu

- Đặc tính chung: Nước tiểu gia súc là một loại phân bón giàu đạm và kali, hàm lượng lân ít hoặc không đáng kể Nước tiều của lợn nghèo đạm hơn các loại gia súc khác

Bảng 2.4 Thành phần hóa học của nước tiều lợn

Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn

( Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997 – 1998)

Nhìn chung nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải các nghành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán

Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột với các genus như E.Coli, Samonella, Shigella, Proteus, Arizona Theo nghiên cứu của A.Kigirow (1982), Naxena (1987) và Bonde (1967): vi trùng gây bệnh đóng dấu cho lợn tồn tại trong nước thải tới 92 ngày, Brucella từ 74108 ngày, Salmonella từ 36 tháng, Leptospira 35 tháng, virus FMD tồn tại trong nước thải 23 tháng…Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiolahepatica, Fasiolagigantiac, fasiolosis buski, Ascasis suum, Oesophagostomum và Trichocephalus dentatus…có thể phát triển đến giai đoạn gâu nhiễm sau 628 ngày ở nhiệt độ và khí hậu nước ta có thể tồn được

25 tháng Nhiều loại mầm bệnh có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm như : B.anthracis, Salmonella,E.coli…

 Khí thải

Chất thải khí: Chăn nuôi phát thải nhiều loại khí thải (CO2, NH3, CH4H2S,… thuộc các loại khí nhà kính chính) do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, do ủ phân, chế biến thức ăn,…ước khoảng vài trăm triệu tấn/năm

Theo Delgado (1999), 16% lượng CH4 sản xuất hàng năm trên thế giới

từ hoạt động chăn nuôi

2.1.4 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại địa phương

 Chất thải rắn

Công tác quản lý chất thải rắn trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn, việc sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn bị hạn chế do phân lợn không giống phân bò, trâu hay gia cầm khác Phân lợn ướt và hôi thối nên khó thu gom và vận chuyển, phân lợn là phân “nóng” khó sử dụng, hiệu quả không cao và có thể làm chết hoặc mất năng suất.Theo điều tra cho thấy tình hình quản lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn xã như sau: phần lớn các hộ dân

sử dụng phân để bón cho lúa, một số hộ lắp đặt hầm Biogas thì sủ dụng phân cho hầm Biogas

Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa

và đôi khi là xác gia súc, gia cầm chết

Những hộ chăn nuôi lợn với số lượng lớn mà không xây dựng hầm ủ Biogas thì khi lượng phân lợn thải quá nhiều mà sử dụng bón ruộng không hết thì gây ra tình trạng ứ đọng phân, cùng với việc che chắn không hợp lý làm gia tăng sự phát triển của ruồi nhặng, các loại VSV có hại cho sức khỏe vật nuôi và con người

Đối với những hộ nuôi lợn trên sàn bê tông phía dưới là hầm thu gom thì không thu được chất thải rắn Toàn bộ chất thải bao gồm phân, nước tiểu, nước rủa chuồng được hòa lẫn và dẫn về bể Biogas

 Chất thải lỏng

Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do:

- Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là 30-50 lít nước /1 con/ngày

- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Lượng nước thải quá lớn, không thể sử dụng hết cho diện tích đất canh tác xung quanh

- Nước thải của các hộ gia đình chăn nuôi lợn bao gồm nước tiểu, rửa chuồng, máng ăn, máng uống và nước tắm cho lợn

Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp còn rất thấp Vì vậy, cần có nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do một lượng chất thải chăn nuôi gây ra

2.1.5 Một số phương pháp xử lý chất thải chăn nuôi

2.1.5.1 Sử dụng chế phẩm EM sinh học

E.M (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu Chế phẩm này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa - trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm

1980 Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kỵ khí và hiếu khí thuộc các nhóm : vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn 80 loài vi sinh vật này được lựa chọn từ hơn 2.000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ lên men Bao gồm 5 nhóm vi sinh vật: Vi khuẩn Bacillus, vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn Lactic, nấm men, xạ khuẩn

+ Tăng sản lượng và chất lượng trong chăn nuôi

+ Tiêu diệt các vi sinh vật có hại, hạn chế sự ô nhiễm trong chuồng trại chăn nuôi

- Có nhiều cách để sử dụng chế phẩm EM trong chăn nuôi như: Cho vào thức ăn, nước uống của vật nuôi, phun xịt xung quanh chuồng trại, cho vào bồn chứa phân 1

2.1.5.2 Sử dụng Zeolit ( SiO 2 )

- Zeolit là loại vật liệu không gây độc đối với người và vật nuôi có ứng

dụng hiệu quả trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp, chăn nuôi, bảo vệ môi trường…

- Zeolit được sản xuất dưới dạng bột hoặc viên xốp từ cao lanh tự nhiên

có sẵn ở Việt Nam Nhờ cấu trúc nên cao lanh bị phá vỡ hoàn toàn và tự chúng sắp xếp lại tạo thành lỗ rỗng, nên có khả năng hấp phụ các ion kim loại, amoni, chất hữu cơ độc hại lơ lững trong nước và tự chìm xuống đáy

- Ngoài ra, người ta còn sử dụng loại sản phẩm này để chộn lẫn với phân bón tạo ra một loại phân bón phân hủy chậm, vừa có tác dụng tiết kiệm nguồn phân bón, giữ độ ẩm mà còn có tác dụng điều hòa PH cho đất

2.1.5.3 Dùng thực vật

- Cây muỗi nước (còn gọi là cây cần tây nước) là loại bản địa của vùng Đông Nam Á, thân và lá của nó có thể ăn sống hoặc chín như một loại rau Nó sinh sản theo cách phân chia rễ và sinh trưởng tốt trong môi trường nước nông cho tới 20cm

- Cây bèo lục bình ( bèo Nhật Bản) có nguồn gốc Nam Mỹ, sinh trưởng

và phát triển nhanh, khỏe và nổi trên mặt nước

- Ngoài ra còn có cây Thủy Trúc, rau muống cũng có thể xử lý chất thải chăn nuôi

- Các cây thủy sinh này có thể thu hoạch và dùng làm phân hữu cơ

2.1.5.4 Mô hình VAC

VAC là phương pháp hữu hiệu và bền vững để xử lý chất thải chăn nuôi tiến tới nền nông nghiệp sạch Gắn kết chặt chẽ chồng trọt và chăn nuôi vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa sử dụng ít phân bón hóa học, tiết liệm năng lượng.và đây cũng là mô hình dễ áp dụng đối với chăn nuôi quy mô trang trại.8

2.1.6 Công nghệ Biogas

Về thực chất Biogas là dạng khí sinh học, được tái tạo từ quá trình phân hủy chất thải của người và động vật trong điều kiện hầm kín Nhờ vào hoạt

động của các vi sinh vật, các chất thải này sẽ lên men, tạo khí trong đó chiếm 70% là khí mê tan, được sử dụng làm chất đốt và chạy động cơ đốt trong

Nguồn nguyên liệu là bùn từ ao tù, đầm lầy, phế liệu, phế thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và các hoạt động sống, sản xuất và chế biến nông lâm sản Vi sinh vật thường sử dụng nguồn hữu cơ cacbon nhanh hơn sử dụng nitơ khoảng 30 lần Do vậy nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 30/1 sẽ thích hợp nhất cho lên men kỵ khí Phân động vật và các chất thải rắn như rơm, rạ rất thích hợp cho lên men kỵ khí Trong thực tế người ta rất cố gắng đảm bảo tỷ lệ trên trong khoảng 20 – 40 Phân gia súc có tỷ lệ C/N nằm trong giới hạn này nên được xem là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất Biogas.3

Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas : dựa vào các vi khuẩn yếm khí

để lên men phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy được : H2, H2S, NH3, CH4, C2H2 trong đó CH4 là sản phẩm khí chủ yếu ( nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan)

Bảng 2.6 Điển hình thành phần của khí sinh học

Bảng 2.7 Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và

thành phần của khí thu được

Nguyên liệu Sản lượng khí

(Nguồn: Báo Nông nghiêp Việt Nam, 2009)2

 Vai trò của Biogas

- Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ đời sống con người

- Giữ gìn và bảo vệ môi trường vệ sinh trong sạch trong các khu vực công đồng nông, cung cấp sản phẩm nông nghiệp sạch

- Tăng thu nhập cho các hộ gia đình thông việc giảm chi phí về nhu cầu chất đốt phục vụ sinh hoạt

- Tạo nguồn phân bón hữu cơ vi sinh, giảm bớt sử dụng phân hoá học, qua đó giảm bớt sự thoái hoá và cải thiện đất trồng, nâng cao năng suất cây trồng và nuôi cá trong hệ thống VAC gia đình

- Hỗ trợ phát triển chăn nuôi tốt hơn, tạo điều kiện nâng cao mức sống

và tiếp cận điều kiện văn minh đô thị cho người dân nông thôn trong việc cải tạo hố xí gia đình, sử dụng khí sinh học vào việc nội trợ

- Giảm sức lao động của phụ nữ trong công việc nội trợ

 Các loại hình Biogas

Công nghệ Biogas xuất hiện trên thế giới từ rất sớm và qua thời gian đã

có rất nhiều cải tiến và ứng dụng Cấu tạo trong các nhà máy sẽ phức tạp hơn

nhiều Để tiện theo dõi, có thể chia Biogas thành hai loại: trong khu vực nông thôn và khu vực công nghiệp

Trong khu vực nông thôn, hầu hết các hầm Biogas được áp dụng ở các nước đang phát triển là những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp nguyên liệu bổ sung thường xuyên Hầm Biogas được xây dựng cho các hộ gia đình riêng biệt

Loại 1: Hầm Biogas có nắp hình vòm cuốn

Trong quá trình xây dựng cần đảm bảo những kỹ thuật cần thiết: hầm phải kín, xây bằng gạch để không rò rỉ, phần bể thải phải cao hơn hầm phân huỷ nhưng chiều ngang của lối vào và lối ra là bằng nhau

Cấu tạo của Hầm Biogas bao gồm các bộ phận sau:

 Ngăn trộn: là nơi mà nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau trước khi vào ngăn phân huỷ

 Ngăn phân huỷ: là nơi mà phân và nước từ ngăn trộn được lên men

và sinh ra khí ga

 Ngăn áp lực: thu các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ, khi sử dụng khí

ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ để đẩy khí ga ra

 Ngăn chứa và lọc cát: thu phần cặn lắng có thể sử dụng được như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường

 Ga tích luỹ được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân huỷ

để chảy vào ngăn áp lực Khi sử dụng khí ga thì nước trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng Hệ thống này được gọi là hệ thống động lực

Cấu tạo của các hầm Biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể được xây dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng

Trên đây là mô hình những hầm Biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực tế thường xây dựng theo dạng hình tròn Mô hình hầm Biogas phổ biến trong thực tế (Hình 2.1)

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

Hình 2.1 Mô hình hầm Biogas trong thực tế (Ví dụ mô hình bể Đức – Thái Lan)

 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

Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo

Mô hình này được du nhập từ Cô-lôm-bia Về cấu tạo, túi ủ Biogas được cấu tạo bởi 2 – 3 lớp túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 – 10 m, đường kính 1.4m được đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất Túi này được gắn với hệ thống ống sành tạo đầu vào và đầu ra

Túi dự trữ có nhiệm vụ thu và giữ khí sinh học từ túi ủ để dẫn tới bếp

sử dụng Mô hình này có những thuận lợi là rẻ tiền, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, nhưng cũng có những nhược điểm sau:dễ bị thủng do các tác động cơ học, vật liệu chất dẻo dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời và mô hình chiếm diện tích đất gần 10 m2

Loại 3: Biogas coposite

Composit là vật liệu nhựa tổng hợp bao gồm: nhựa, phụ gia (bột đá) tăng độ cứng của nhựa, sợi thủy tinh quang học hoặc sợi Carbon tạo sự liên

kết bền vững…

Bể Biogas composite là loại bể đúc sẵn thuận lợi trong xây lắp, độ bền cao do chế tạo bằng vật liệu composite Hiệu suất xử lý cao, kín khí, cho thu

được nhiều gas Loại bể này phù hợp cả vùng đất lún, sình lầy Có khả năng

chịu được tác động cơ học và áp lực cao: Vì vậy có thể lắp đặt ở mọi điều kiện thổ nhưỡng từ đất mềm, đất cứng kể cả vùng đá sỏi mà không bị dập,vỡ Không bị tác động hóa học hay điều kiện môi trường: do vậy có thể lắp đặt ở vùng nhiễm mặm, đất phèn hoặc những vùng có hóa chất khác, không bị lão hóa dưới tác động của mưa, nắng như các loại vật liệu khác Hầm Biogas bằng vật liệu Composit nhẹ, có thể di chuyển, thay đổi vị trí lắp đặt khi cần Phù hợp cho chăn nuôi nhỏ lẻ, số lượng vật nuôi ít.[8]

Hình 2.2 Mô hình hầm Biogas Composite

Ba loại hình cơ bản trên đƣợc giới thiệu dùng để sử dụng cho qui mô

hộ gia đình ở nông thôn

Bảng 2.8 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại

(Nguồn: Tài liệu kỹ thuật tập huấn xây hầm Biogas năm 2009 )7

2.1.7 Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm ủ 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

ba mặt: Hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội và hiệu quả môi trường

2.1.7.1 Hiệu quả kinh tế

Có nhiều quan điểm khác nhau về hiệu quả kinh tế nhưng điều thống nhất nhau ở bản chất của nó Người sản xuất muốn thu được kết quả phải bỏ

ra những chi phí nhất định; những chi phí đó là nhân lực, vật lực, vốn So sánh kết quả đạt được với chi phí bỏ ra để đạt được kết quả Tiêu chuẩn của hiệu quả là sự tối đa hóa kết quả với một lượng chi phí định trước hoặc tối thiểu hóa chi phí để đạt được một kết quả nhất định

Vì vậy bản chất của phạm trù kinh tế ứng dụng công nghệ hầm Biogas

là thay vì 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 tạo ra nguồn năng lượng an toàn cho nhà nông như: Thắp sáng, khí đốt nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất của xã hội

2.1.7.2 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 Hiệu quả môi trường là hiệu quả đạt được khi quá trình sản xuất kinh doanh diễn ra 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

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, không gây mùi hôi thối, hạn chế ô nhiêm bầu không khí xung quanh khu vực chuồng trại Hạn chế ô nhiễm nguồn nước sạch cho người và gia súc Hạn chế lây lan dịch bệnh

2.1.7.3 Hiệu quả xã hội

Hiệu quả xã hội là phạm trù có liên quan mật thiết với hiệu quả kinh tế

và thể hiện mục tiêu hoạt động kinh tế của con người

Trong ứng dụng công nghệ hầm 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

Sử dụng công nghệ khí Biogas hợp lý, hiệu quả cao và bền vững phải quan tâm tới cả ba hiệu quả trên Nếu 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 xã hội và môi trường thì hiệu quả kinh tế sẽ không bền vững

2.2 Cơ sở pháp lý của đề tài

- Luật Bảo vệ môi trường ngày 29 tháng 11 năm 2005;

- Luật số 17/2012/QH13 Luật Tài nguyên nước;

- Nghị định số 25/2013/NĐ-CP ngày 29/3/2013 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải;

- Nghị định số 201/2013/NĐ-CP ngày 27/11/2013 của Chính phủ quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tài nguyên nước;

- Thông tư số 04/2010/TT-BNNPTNT ngày 15/01/2010 của Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học;

- Thông tư số 33/2011/TT-BNNPTNT ngày 16/5/2011 của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn về việc ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về điều kiện vệ sinh thú y;

- Thông tư số 12/2011/TT-BTNMT ngày 14/4/2011 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường về quản lý chất thải nguy hại;

- QCVN 40:2011/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp ban hành kèm Thông tư 47/2011/TT-BTNMT

- Thông tư số 26/2011/TT-BTNMT ngày 18/7/2011 của Bộ Tài nguyên

và Môi trường quy định chi tiết một số điều của Nghị định 29/2011/NĐ-CP;

- Thông tư số 63/2013/TT-BTNMT ngày 15/5/2013 của Liên Bộ Tài chính - Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc hướng dẫn thực hiện Nghị định

số 25/2013/NĐ-CP ngày 29/3/2013 của Chính phủ về phí bảo vệ môi trường đối với nước thải;

2.3 Cơ sở thực tiễn của đề tài

Trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng thì khi nghành chăn nuôi ngày càng phát triển mạnh mẽ thì việc đầu tư tìm ra giải pháp xử lý chất thải một cách hiệu quả là điều tất yếu

2.3.1 Hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas trên thế giới

Cuối những năm 1890 đánh dấu sự xuất hiện của một loại bể chứa phân được đậy kín bởi việc đăng ký bản quyền của Louis Mouras (ở Pháp) Đến năm 1930, phân huỷ hiếm khí các phế thải nông nghiệp để tạo ra khí ga bắt đầu xuất hiện Phong trào này phát triển mạnh ở Pháp và Đức vào những năm

1940 (khoảng thời gian diễn ra chiến tranh thế giới thứ 2) Những năm 1960, quá trình ủ lên men tạo khí gas chỉ được chú trọng áp dụng để xử lý phân động vật Nhưng đến năm 1970 khi cuộc khủng hoảng năng lượng xảy ra đã tạo tiền đề cho việc phát triển phân huỷ yếm khí phân thải để sản xuất ra khí đốt Một số công trình nghiên cứu và kết quả thành công đánh dấu sự phát triển này là:

- Cuốn sách Sản xuất Mêtan từ phân lợn bằng quá trình Mesophillic của tác giả Humenik và cộng sự, năm 1979

- Tài liệu về phân huỷ yếm khí của Hội nghị quốc tế về Chất thải chăn nuôi, năm 1980

Tuy nhiên, những năm sau đó mối quan tâm giành cho công nghệ Biogas bị suy giảm do giá thành của nhiên liệu tạo ra thấp và do gặp phải một

số vấn đề kỹ thuật với bể ủ Biogas Mối quan tâm này chỉ thực sự được phục hồi vào những năm 1990, được đánh dấu bởi:

- Chương trình AgSTAR của Mỹ về xử lý chất thải và sản xuất năng lượng: kết quả là 75 hệ thống ủ cho các trại nuôi lợn và trại sản xuất bơ sữa

- Dự án NCSU Smithfield, năm 2001 ở trang trại Barham về khôi phục tài nguyên sinh học - Xử lý chất thải chăn nuôi lợn và ử Biogas ở nhiệt độ thường

- Cuốn sách Smithfield Belt System - Ủ Biogas cho chất thải khô, ở nhiệt độ cao của Humenik và cộng sự năm 2004

- 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 2000 bể cỡ lớn và 8,5 triệu hầm

- Đức:

Việc xây dựng công trình khí sinh học tăng từ 100 thiết bị/ năm tăng lên 200 thiết bị/ năm vào năm 2000 hầu hết các công trình có thể tích phân huỷ từ 1000 tới 1500 m3, công suất khí 100 tới 150 m3

Có trên 30 công trình quy mô lớn với thể tích phân huỷ 4000 tới 8000 m3 Khí sinh học sản xuất ra được sử dụng để cung cấp cho các tổ máy đồng phát nhiệt và phát điện có công suất điện là 20, 150 200 và 500 KWe

- Nepal:

Lịch sử của Biogas bắt đầu từ năm 1965, nền tảng là sự hướng dẫn chỉ đạo của Late Father B.R.Saubolle trường Xavier's Tuy nhiên trên thực tế Biogas chỉ được quan tâm đến sau khi giá nhiên liệu đột ngột tăng cao Nó được bắt đầu từ năm 1975 với tên gọi là "Năm nông nghiệp" Trong thời gian này có tổng số 200 gia đình lắp đặt với quy mô là loại hầm nổi hình vòm cầu Năm 1977, cùng với sự đưa vào của công ty Gobar, Biogas sinh học được phổ biến Tuy nhiên, kết thúc năm 1978, phổ biến được tất cả 708 hầm Biogas loại hầm nổi hình vòm cầu.Thấy được tầm quan trọng của Biogas sinh học và sự quan tâm chú ý của người dân, chính phủ đã đưa ra nhiệm vụ lắp đặt 4000 hầm phân hủy loại kế hoạch thứ 7 trong giai đoạn bắt đầu từ năm 1985 Với

sự giới thiệu của chương trình hỗ trợ Biogas, dưới sự hỗ trợ của tổ chức phát triển Hà Lan, nhịp độ bắt đầu đạt được về sự tăng tiến của Biogas Trong suốt

giai đoạn đầu và giai đoạn thứ 2 chương trình hỗ trợ Biogas có 31000 hầm Dưới giai đoạn thứ 3 đã xây dựng được 1.000.000 hàm Biogas cố định

- 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 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 môi trường.9

2.3.2 Hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas ở việt nam

Công nghệ khí sinh học đã được dụng ở Việt Nam từ năm 1960 Lịch

sử phát triển ở Việt Nam có thể chia làm 5 thời kỳ

- Giai đoạn 1960- 1975:

Năm 1960 nhà xuất bản Bộ Công Nghiệp đã xuất bản tài liệu “ cách sinh ra hơi metan nhân tạo và lấy hơi metan thiên nhiên” của Trung Quốc được dịch ra tiếng Việt Năm 1964 tỉnh Bắc Thái đã xây dựng “ Xưởng phát điện metan” đầu tiên của Việt Nam Tuy nhiên sau một thời gian ngắn đã bị

Năm 1976, Phân viện Năng lượng thuộc bộ Điện và Than đã soạn thảo

“Đề án sử dụng khí sinh vật ở Việt nam” Năm 1977, Bộ Điện và Than giao cho Viện Quy hoạch và Thiết kế Điện chủ trì đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng

hầm ủ lên men sinh khí Metan” Từ đó vấn đề KSH chính thức được đưa vào thành các đề tài nghiên cứu Nhà nước

Viện Nông hoá thổ nhưỡng (Bộ Nông nghiệp) đã xây dựng một công trình thí điểm ở trại Nông hoá thổ nhưỡng Cầu Diễn (Từ Liêm, Hà Nội) với

sự giúp đỡ của chuyên gia FAO nhưng không thu được kết quả

Tháng 12/1979 Uỷ ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước đã tổ chức

“Hội nghị chuyên đề về bể khí sinh vật” tại Hà nội để sơ kết kinh nghiệm về thiết kế, xây dựng và vận hành

- Giai đoạn 1981-1990:

Trong hai kế hoạch 5 năm 1981-1985 và 1986-1990 CNKSH đã trở thành một trong những lĩnh vực ưu tiên trong Chương trình nghiên cứu nhà nước về Năng lượng mới mang mã số 10C do Bộ Điện lực chủ trì

Ngoài chương trình Năng lượng mới, Bộ Y tế cũng đã thực hiện một số

dự án ứng dụng KSH với mục tiêu vệ sinh môi trường

Lĩnh vực CNKSH ở Việt Nam cũng đã thu hút được sự giúp đỡ và hợp tác của nhiều tổ chức nước ngoài như Viện Sinh lý Sinh hoá Vi sinh vật của Liên xô, Tổ chức OXFAM của Anh, UNICEF của Liên hợp quốc, ACCT của các nước sử dụng tiếng Pháp, tổ chức SIDA của Thuỵ Điển

Tháng 3 năm 1989, Chương trình 52C tổ chức Hội thảo quốc gia lần thứ nhất về KSH với sự tham gia của hầu hết những người làm công tác nghiên cứu và triển khai trong toàn quốc

Cho tới 1990 đa số các tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình KSH được xây dựng Phát triển mạnh mẽ Tính chung trong toàn quốc có khoảng trên 2000 công trình, chủ yếu thuộc loại nắp nổi Phần lớn là công trình cỡ gia đình với thể tích phân giải từ 2 m3

tới 10 m3 Cá biệt có công trình

có thể tích phân giải tới 200 m3(Đồng Nai)

- Giai đoạn 1991-2002:

Sau khi kết thúc kế hoạch năm năm 1986-1990, chương trình 52C giải thể Hoạt động chủ yếu là triển khai ứng dụng dưới hình thức các dự án do nhiều tổ chức thực hiện tuỳ theo mục tiêu và nguồn kinh phí có được

Từ năm 1993 trở đi, công nghệ được phát triển trong khuôn khổ các dự

án về vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều kiểu thiết bị KSH mới Thiết bị dạng túi chất dẻo PE theo mẫu của Cô-lôm-bi-a, được phát triển nhờ dự án SAREC - S2 - VIE22 do viện Chăn nuôi, Hội làm vườn trung ương (VACVINA), Cục Khuyến nông và Khuyến lâm và Đại học Nông - Lâm TP Hồ Chí Minh triển khai

Dự án điểm của chương trình "Chương trình vệ sinh chăn nuôi xử lý chất thải bằng hầm ủ bioga" ở huyện Đan Phượng tỉnh Hà tây đã thành công với khoảng 3000 công trình được xây dựng

Nhiều Sở KHCN&MT hoặc Sở Công nghiệp cũng tự nghiên cứu và đưa ra những kiểu riêng như Phú thọ, Quảng trị, Thừa Thiên - Huế, Tiền Giang

Đại học Nông - Lâm TP Hồ Chí Minh tiếp tục phát triển kiểu túi ni lông Đại học Cần Thơ phát triển thiết bị nắp cố định vòm cầu kiểu của Dự án hợp tác Thái Lan và Đức

Đội thợ tư nhân Đồng Nai, Dự án Năng lượng tái tạo Bắc Trung bộ (RENC) phát triển kiểu thiết bị nắp cố định của Đồng Nai

Tóm lại trong giai đoạn này do không có tổ chức đầu mối quốc gia nên tình trạng phát triển KSH rất đa dạng Để đưa tình trạng phát triển bắt đầu vào tiêu chuẩn, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã ban hành Tiêu chuẩn ngành về Công trình Khí sinh học nhỏ (3/2002)

- Giai đoạn 2003 - nay:

Đây là thời kỳ CNKSH được phát triển mạnh mẽ nhất trong tất cả các lĩnh vực ứng dụng: nông nghiệp, công nghiệp và đô thị với quy mô từ nhỏ (gia đình) tới lớn (trang trại, nhà máy) (Nguyễn Quang Khải)4

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

3.1 Đối tượng và pham vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại Xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái Nguyên trước

và sau khi xử lý qua hầm Biogas

- Phạm vi nghiên cứu: Xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái nguyên

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm nghiên cứu của đề tài: Xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái nguyên

- Thời gian nghiên cứu: Đề tài này được thực hiện từ ngày 16/8/2014 đến ngày 15/12/2014

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Tân Cương, Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái nguyên

3.3.2 Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ Biogas hộ gia đình xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại địa phương

+ Khái quát tình hình phát triển nghành chăn nuôi của xã

+ Tình hình phát triển công nghệ hầm khí Biogas trên địa bàn xã

+ Quy mô và các loại mô hình được sử dụng tại địa bàn xã

+ Tình trạng hoạt động của các hầm Biogas

3.3.3 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng công trình Biogas qua các chỉ tiêu hóa học được phân tích

3.3.4 Đánh giá hiệu quả kinh tế do hầm ủ Biogas đem lại

3.3.5 Những thuận lợi và khó khăn khi lắp đặt hầm ủ Biogas Đề xuất một

số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu

3.4.1.1 Thu thập số liệu thứ cấp

- Thu thập những số liệu, tài liệu có sẵn về điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên, tình hình phát triển kinh tế - văn hóa – xã hội và hiện trang môi trương của địa phương

- Nguồn số liệu được thu thập từ các báo cáo của xã và các tài liệu có

liên quan đến việc áp dụng công nghệ hầm khí Biogas

- Nội dung thu thập

+ Tình hình phát triển chăn nuôi của xã qua 3 năm (2011 – 2013)

+ Tình hình phát triển hầm Biogas của hộ chăn nuôi trên địa bàn xã qua 3 năm 2011 – 2013

+ Hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong chăn nuôi trên địa bàn xã

3.4.1.2 Thu thập số liệu sơ cấp

Tài liệu sơ cấp được thu thập từ việc điều tra phỏng vấn các đối tượng

sử dụng và không sử dụng Biogas thông qua phiếu điều tra

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

Đối tượng khảo sát: Các hộ chăn nuôi lợn có lắp đặt hầm ủ Biogas

-Tiến hành điều tra ngẫu nhiên hộ sử dụng Biogas.Số phiếu khảo sát:

160 phiếu

3.4.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp thu thập những tài liệu, số liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu từ các nguồn: mạng internet, sách,báo

3.4.3 Phương pháp phân tích, thống kê

- Các số liệu trong quá trình điều tra thu thập được thống kê và liệt kê

ra những thông tin cần thiết trong quá trình làm đề tài

3.4.4 Phương pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm

- Vị trí lấy mẫu : Nước thải chăn nuôi lợn trước và sau khi xử lý qua hầm ủ Biogas của hộ gia đình ông Đặng Hồng Viên – Xóm Y Na 1, Xã Tân Cương,Thành Phố Thái Nguyên, Tỉnh Thái Nguyên

- Các chỉ tiêu và phương pháp thử nghiệm:

* Cách xác định nhiệt độ, pH, TDS: Bằng máy đo đa chỉ tiêu

* Cách xác định màu sắc, mùi: quan sát, ngửi

- H2SO4 đặc

- Cân 3.1gam KMnO4 + Nước cất1000ml

2: Phân tích

Bước 1: 100ml mẫu + 2ml H2SO4đặc + 10ml KMnO4

Bước 2: Bịt kín bằng giấy bạc  đun sôi 10 phút rồi để nguội sau đó + 10ml C2H2O4chuẩn độ tới khi xuất hiện màu phớt hồng

Cách tính XCOD = 8.(a – b)

Trong đó: a, Số ml KMnO4 chuẩn mẫu thải

b, Số ml KMnO4 chuẩn mẫu trắng

*Cách xác định BOD: 80% của COD

* Cách xác định Nitơ tổng số theo Kjendhal:

 Đun cho bay hơi hết nước và khói trắng bắt đầu bốc lên

 Sau khi hết khói trắng, dung dịch trong bình trong suốt và không màu hoặc màu vàng nhạt, đun tiếp 60 phút

 Tiến hành các bước xác định N dạng NH4+ theo phương pháp Kjendhal