Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas và hiệu quả của mô hình trong việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại thị trấn na hang huyện na hang tỉnh tuyên quang

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM HÀ THỊ THÙY Tên đề tài: “KHẢO SÁT TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS VÀ HIỆU QUẢ CỦA MÔ HÌNH TRONG VIỆC XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ H

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM

HÀ THỊ THÙY

Tên đề tài:

“KHẢO SÁT TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS VÀ HIỆU QUẢ CỦA MÔ HÌNH TRONG VIỆC XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI THỊ TRẤN NA HANG

HUYỆN NA HANG - TỈNH TUYÊN QUANG”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thế Hùng

THÁI NGUYÊN - 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài, dưới sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, em đã có một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập để hoàn thành đề tài Kết quả thu được không chỉ do nỗ lực của cá nhân mà còn có sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và các bạn

Trong trang đầu tiên của khóa luận, em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới:

Ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy cô giáo của Trường Đại học

Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi và trang bị cho em những

kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường

Đặc biệt là các thầy cô giáo Khoa Môi Trường của trường đã trang bị

cho em những kiến thức quý báu về ngành Khoa học môi trường làm hành trang cho em trong cuộc sống cũng như công việc sau này

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc Thầy giáo PGS TS Nguyễn Thế Hùng,

Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và chia sẻ cho em nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực tập vừa qua và đã giúp đỡ cho em hoàn thành tốt báo cáo này

Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng toàn thể các anh chị

chuyên viên Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Na Hang, tỉnh

Tuyên Quang đã tiếp nhận và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong

suốt quá trình thực tập tại cơ quan

Ngoài ra, trong quá trình thực hiện khóa luận em còn nhận được rất nhiều sự động viên và giúp đỡ từ phía gia đình, người thân và các bạn trong lớp Do đó kết quả cũng như tính khả dụng của bài khóa luận này trong thực

tế là lời cảm ơn sâu sắc nhất của em gửi tới mọi người và là nguồn động lực

để em có thể tự tin về kiến thức mình đã thu được sau khi tốt nghiệp

Trong quá trình học tập và báo cáo, do còn nhiều hạn chế về kiến thức học tập cũng như kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những sai sót mong các Thầy cô chỉ bảo thêm giúp em hoàn thành báo cáo và đạt kết quả tốt hơn

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

Thái nguyên, ngày 25 tháng 8 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Hà Thị Thùy

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Ước lượng chất thải phát sinh từ một số loài vật nuôi 5

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong phân của một số loại vật nuôi 6

Bảng 2.3 Một số thành phần vi sinh vật trong phân lợn 6

Bảng 2.4 Thành phần hóa học trong nước tiểu lợn 7

Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn 8

Bảng 2.6 Điển hình thành phần của khí sinh học 10

Bảng 2.7 Sản lượng khí sinh ra hàng ngày 10

Bảng 2.8 Tỉ lệ C/N trong phân gia súc, gia cầm 13

Bảng 2.9 Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu 14

Bảng 4.1 Diện tích và năng suất một số loại cây trồng tại thị trấn Na Hang 24

Bảng 4.2 Kết quả điều tra, thống kê đàn gia súc 25

Bảng 4.3 So sánh ưu, nhược điểm của hầm ủ biogas chất liệu nhựa Composite và hầm ủ biogas xây bằng gạch 27

Bảng 4.4 Hiện trạng lắp đặt hầm biogas của các tổ dân phố trong thị trấn 29

Bảng 4.5 Kết quả điều tra về kênh thông tin người dân biết đến biogas 30

Bảng 4.6 Kết quả điều tra về lý do người dân lắp đặt hầm ủ biogas 31

Bảng 4.7 Sự phát triển về số lượng của hầm ủ biogas trên địa bàn thị trấn theo thời gian 31

Bảng 4.8 Các kiểu hầm biogas được lắp đặt trên địa bàn và chi phí lắp đặt 32

Bảng 4.9 Kết quả điều tra về số lượng lợn được duy trì thường xuyên trong chuồng nuôi của mỗi hộ dân 32

Bảng 4.10 Kết quả điều tra về số lượng các loại hầm biogas qua các năm 33

Bảng 4.11 Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn trước khi qua bể biogas 34

Bảng 4.12 Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas 34

Bảng 4.13 Chi phí tiết kiệm của 2 hộ gia đình khi sử dụng biogas 36

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ các kênh thông tin mà người dân biết đến biogas 30Hình 4.2 Biểu đồ tỷ lệ số lượng hầm biogas được lắp đặt qua các năm 31Hình 4.3 Biểu đồ thể hiện số lượng của mỗi loại hầm biogas được xây dựng

qua các năm 33

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Yêu cầu của đề tài 2

1.4 Ý nghĩa của đề tài 2

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài 3

2.1.1 Các khái niệm 3

2.1.2 Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi 3

2.1.3 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn 4

2.1.4 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại địa phương 8

2.1.5 Công nghệ biogas 9

2.2 Cơ sở thực tiễn 15

PHẦN 3 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 17

3.3 Nội dung nghiên cứu 17

3.4 Phương pháp nghiên cứu 17

3.4.1 Phương pháp kế thừa 17

3.4.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin 17

3.4.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu 18

3.4.4 Phương pháp phân tích thống kê 18

3.4.5 Phương pháp tổng hợp, đánh giá, so sánh 18

3.4.6 Phương pháp xử lý và thống kê số liệu 18

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 19

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội thị trấn Na Hang 19

4.1.1 Điều kiện tự nhiên 19

4.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 21

4.1.3 Hiện trạng phát triển nông nghiệp 24

4.2 Tình hình lắp đặt hầm ủ Biogas ở Thị trấn Na Hang 26

4.2.1 Các loại hầm ủ biogas được sử dụng trên địa bàn thị trấn Na Hang 26

4.2.2 Hiện trạng lắp đặt hầm ủ biogas 29

4.3 Đánh giá hiệu quả khi sử dụng hầm biogas để xử lý chất thải chăn nuôi 34

4.3.1 Về môi trường 34

4.3.2 Về kinh tế 35

4.4 Lợi ích và những khó khăn thuận lợi khi lắp đặt hầm ủ biogas 37

4.4.1 Lợi ích: 37

4.4.2 Thuận lợi 39

4.4.3 Khó khăn 39

4.5 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas 39

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

5.1 Kết luận 41

5.2 Kiến nghị 41

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có từ sự phân hủy của các loại phân chuồng gia súc như trâu, bò, lợn… đó chính là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas

Biogas là nguồn năng lượng sạch đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới Công nghệ Biogas không những giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn năng lượng sạch phục vụ đun nấu, thắp sáng trong gia đình góp phần quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường

Ở nước ta, ngành chăn nuôi đã có nhiều bước phát triển mạnh góp phần không nhỏ trong việc phát triển kinh tế và tăng thu nhập cho người nông dân, giúp người nông dân làm giàu, nâng cao mức sống Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của đàn gia súc cùng với lượng chất thải khổng lồ thải ra mỗi ngày cũng đã gây ra áp lực lớn lên môi trường Việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp hiệu quả phù hợp với tình hình Việt Nam để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình chăn nuôi ở vùng nông thôn là rất lớn

Na Hang là một huyện miền núi vùng cao, chủ yếu người dân sống dựa vào hoạt động trồng trọt, chăn nuôi gia súc, gia cầm Chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề bức xúc đòi hỏi phải có biện pháp giải quyết hiệu quả Hoạt động chăn nuôi trên địa bàn chủ yếu là chăn nuôi lợn với lượng phân thải ra rất lớn và nặng mùi khó chịu, ngoài ra còn có các loại chất phụ phẩm như thức ăn thừa, chất độn chuồng… Các loại chất thải này không được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân

Qua quá trình tìm hiểu và tiếp cận với công nghệ biogas thì công nghệ này đã và đang trở thành giải pháp hữu hiệu được người dân đón nhận tích cực để giải quyết vấn đề trên

Đề tài “Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas và hiệu quả của mô hình trong việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại thị trấn Na Hang-Huyện Na Hang-Tỉnh Tuyên Quang” để đánh giá những lợi

ích mà biogas mang lại qua đó nâng cao hiệu quả sử dụng và mở rộng phạm

vi ứng dụng hơn nữa

1.2 Mục tiêu của đề tài

-Đánh giá tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải chăn nuôi của các hộ gia đình trên địa bàn thị trấn Na Hang

-Đánh giá tình hình ứng dụng hầm ủ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi tại thị trấn Na Hang

-Đánh giá hiệu quả môi trường và kinh tế mà mô hình mang lại

-Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của hầm biogas

1.3 Yêu cầu của đề tài

- Đưa ra được điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của thị trấn Na Hang

- Đảm bảo thông tin, số liệu đầy đủ, chính xác

- Phản ánh đúng tình trạng quản lý, sử dụng hầm biogas tại địa phương

- Các giải pháp đánh giá khả thi phù hợp với điều kiện của địa phương

1.4 Ý nghĩa của đề tài

Trong học tập và nghiên cứu khoa học:

- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này

- Vận dụng và phát huy được những kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở lý luận của đề tài

Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật

và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí

Vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và khí được sinh ra Biogas là hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nito, hydro sunfua…

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, các khí thải từ vật nuôi chiếm tỉ trọng lớn trong các khí thải gây nên hiệu ứng nhà kính

Theo báo cáo của FAO, chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nito oxit (NO2) trong khí quyển Đây là loại khí có khả năng hấp thu 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 thống kê năm 2010 của Cục chăn nuôi, cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và 18000 trang trại nuôi tập trung với tổng đàn

300 triệu con gia cầm và hơn 37 triệu con gia súc, nguồn chất thải từ chăn nuôi ước khoảng 84,45 triệu tấn Trong đó có khoảng 5 – 20% được sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp dưới dạng phân tươi hoặc ủ thủ công, số phân còn lại được thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm môi trường

Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt, sản xuất của người dân, làm tăng tỉ lệ người mắc bệnh tiêu chảy và các bệnh về da liễu Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường sống dân cư mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến kết quả sản xuất chăn nuôi Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở nhiều nơi trên cả nước Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầu nguồn nước… còn khá phổ biến đã làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm chất lượng nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp Ô nhiễm môi trường còn dễ dàng làm phát sinh dich bệnh ảnh hưởng không nhỏ đến kết quả chăn nuôi Trong những năm gần đây một số loại dịch bệnh nguy hiểm trên đàn gia súc, gia cầm đã bùng phát trên diện rộng như dịch lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn, dịch cúm gia cầm… đã gây ra thiệt hại lớn cho ngành chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế của các hộ gia đình chăn nuôi Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự bùng phát của dịch bệnh đó là tình trạng ô nhiễm môi trường ở chính trong khu vực chuồng trại và khu vực lân cận mà thường là do chất thải chăn nuôi của chính

cơ sở đó gây nên

Ngoài ra, ngành chăn nuôi còn làm giảm lượng nước bổ sung cho các mạch nước ngầm do mất rừng và đất bị thoái hóa, chai cứng giảm khả năng thẩm thấu Tất cả các tác động tiêu cực của ngành chăn nuôi đến môi trường dẫn đến một kết quả tất yếu là làm suy giảm đa dạng sinh học

Rõ ràng ngành chăn nuôi phát triển nếu không đi kèm với các biện pháp xử

lý chất thải sẽ làm môi trường sống của con người xuống cấp nhanh chóng Môi trường bị ô nhiễm lại tác động trực tiếp vào sức khỏe vật nuôi, phát sinh dịch bệnh, gây khó khăn trong công tác quản lý, giảm năng suất Đó không phải là sự phát triển bền vững mà Việt Nam cũng như cả thế giới đang hướng tới

2.1.3 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn

Các loại chất thải chăn nuôi bao gồm:

- Phân từ gia súc, gia cầm

- Chất độn chuồng

- Nước thải từ chuồng trại: Nước tiểu, nước tắm gia súc, nước vệ sinh chuồng trại

- Các thức ăn chăn nuôi thừa

- Xác súc vật chết

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

Phân từ gia súc: Là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không thể hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể Phân gồm những thành phần:

+ Những dưỡng chất không tiêu hóa được của quá trình tiêu hóa vi sinh + Các chất cặn bã của hệ tiêu hóa (trypsin, pepsin…), các mô tróc ra từ các niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài

+ Các loại vi sinh vật trong thức ăn, ruột bị thải ra ngoài theo phân

Lượng phân:

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

và khẩu phần ăn Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6 – 8% trọng lượng vật nuôi Lượng phân thải ra trung bình của lợn trong 24h được thể hiện trong bảng:

Bảng 2.1 Ước lượng chất thải phát sinh từ một số loài vật nuôi

Loại vật nuôi Khối lượng chất thải

phát sinh (kg/con/ngày)

Khối lượng chất thải có khả năng thu gom (kg/con/ngày)

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

vi sinh vật hay các men tiêu hóa, các khoáng chất cơ thể không sử dụng được 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 trong thức ăn, ruột: vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán… bị tống ra ngoài

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

Thành phần dưỡng chất của thức ăn, nước uống

Độ tuổi của lợn

Tình trạng sức khỏe của vật nuôi và nhu cầu cá thể: nhu cầu cá thể cao

sử dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải ít và ngược lại

Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong phân của một số loại vật nuôi Loại vật

nuôi

Lượng nước (%)

Thành phần phân rắn Nito (%) P 2 O 5 (%) K 2 O (%)

(Nguồn: Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, tài liệu hướng dẫn

kỹ thuật xây dựng, vận hành và bảo dưỡng hầm biogas Thái Đức, 2008)

Kết quả trên chỉ ra rằng, phân chuồng ở dạng tươi chứa khoảng 70 – 80% lượng nước, 0,3 – 0,9% nitơ, 0,1 – 0,6% photpho và 0,3 – 1,2% kali Vì thế cứ một tấn phân tươi, trung bình sẽ có khoảng 180 – 270 kg chất thô, 3,5 – 5kg N, 2 – 3kg P2O5 và 4 – 5kg K2O

Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virut và trứng ký sinh trùng được thể hiện trong bảng:

Bảng 2.3 Một số thành phần vi sinh vật trong phân lợn

Nước phân:

Nước phân chuồng là hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng Vì vậy, nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân bón Nước phân chuồng nghèo lân, giàu đạm và rất giàu kali Đạm trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: ure, axit uric và axit hippuric, khi

để tiếp xúc với không khí một thời gian hay khi bón và đất thì axit uric và axit hippuric bị vi sinh vật phân giải thành ure sau đó chuyển 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 tiểu của lợn nghèo đạm hơn các loại gia súc khác

Bảng 2.4 Thành phần hóa học trong nước tiểu lợn

Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột có thể tồn tại rất lâu trong môi trường như: E coli, Salmonella, Shigella, Arizona Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiolagigantiac, fasiolosis buski, Ascasis suum, Oesophagostomum, trichocephalus dentatus… có thể phát triển đến

giai đoạn gây nhiễm sau 628 ngày ở nhiệt độ và khí hậu nước ta và có thể tồn tại được 25 tháng Nhiều loại vi khuẩn có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm như: B.anthracis, salmonella, E.coli…

Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn

Điển hình của khí thải chăn nuôi là các loại khí gây mùi khó chịu như

H2S, NH3, CH4, CO2… đồng thời đây cũng là một trong các loại khí gây nên hiệu ứng nhà kính Các loại khí này phát thải 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 sinh hàng năm trên thế giới là

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 trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn, Việc sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn hạn chế do phân lợn không giống phân bò hay vật nuôi 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 giảm năng suất cây trồng

Theo điều tra tại Thị trấn Na Hang cho thấy: Diện tích đất nông nghiệp của Thị trấn khoảng 3343,6 ha trong tổng số 79852,9 ha đất nông nghiệp của toàn huyện Trong đó chỉ có 28 ha là đất sản xuất lúa 2 vụ do đó nhu cầu phân

chuồng sử dụng để bón lót trong nông nghiệp là không lớn Lượng lớn phân chuồng còn lại được thải trực tiếp ra môi trường, chỉ có một số ít hộ dân đã lắp đặt hầm ủ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi và lấy khí ga sử dụng trong đun nấu

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 dân chăn nuôi số lượng lợn lớn mà không có biện pháp xử lý thì khi lượng phân lợn thải ra quá nhiều sẽ gây ra tình trạng ứ đọng phân gây

ô nhiễm môi trường, làm gia tăng sự phát triển của ruồi, nhặng, các loại vi sinh vật gây bệnh cho người và vật nuôi

Đối với những hộ đã xây dựng hầm Biogas thì toàn bộ lượng chất thải rắn cùng với nước tiểu, nước rửa chuồng sẽ được hòa lẫn và dẫn vào 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 khoảng 30 – 50 lít/con/ngày đêm

- Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho mục đích nông nghiệp Bên cạnh đó dù có vận chuyển được đi xa thì lượng nước thải ra mỗi ngày là quá lớn không thể sử dụng hết cho điện tích đất nông nghiệp xung quanh

- Đến nay vẫn chưa có mô hình xử lý nước thải chăn nuôi nào phù hợp

để có thể ứng dụng vào xử lý nước thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình

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 là rất thấp.Vì vậy cần nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý

và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi lợn gây ra

2.1.5 Công nghệ biogas

Là công nghệ sản xuất khí sinh học, quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, chất thải gia súc, bùn cống rãnh… trong điều kiện thiếu không khí để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình lên men metan

Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas: dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy được như: H2, H2S, NH3, CH4, C2H2… trong đó có CH4 là sản phẩm khí chủ yếu (Nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan)

Khi đốt cháy 1m3 hỗn hợp khí Biogas sinh ra nhiệt lượng khoảng 4500 –

6000 calo/m3 tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2 kW điện Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lượng khí sinh ra khác nhau.Tại Việt Nam sản lượng khí sinh ra hàng ngày được ước tính như sau:

Bảng 2.7 Sản lượng khí sinh ra hàng ngày

Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây

dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm Biogas Thái - Đức, 2008

Các loại hầm Biogas thường sử dụng:

Kể từ khi ra đời cho đến nay hầm ủ Biogas đã được cải tiến qua nhiều thế hệ nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và đáp ứng những yêu cầu khác nhau về kinh tế, xã hội, địa hình ở mỗi địa phương

Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều loại hầm biogas được sử dụng ở nhiều địa phương khác nhau Ví dụ như Hầm xây kiểu tháp của Viện Năng Lượng, hầm trụ Đồng Nai, hầm sinh khí kiểu vòm cố định, …

• Hầm sinh khí kiểu túi ủ bằng bạt nhựa HDPE

Loại này có ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của

bà con nông dân hiện nay Nhược điểm của loại túi ủ là rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm

• Bể biogas chất liệu nhựa Composite

Composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ

Hầm biogas Composite có độ kín khí tuyệt đối, cho lượng khí sinh học cao hơn bể bể xây bằng gạch và xi măng, tự động phá váng bẩn và tự động đẩy bã phân ra khỏi bể Hầm biogas composite được trang bị hệ thống khử mùi nên loại bỏ được khí gây mùi hôi khó chịu

Các quá trình sinh hóa trong bể Biogas:

Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo biogas được thực hiện bởi 2 nhóm VSV: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí metan

• Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau Trong điều kiện yếm khí chúng phân hủy tạo ra CO2, H2 và một số chất tan trong nước như formandehit, acetat, ancol methylic… Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan

• Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Nhóm này rất chuyên biệt và được xếp thành 3 bộ, 4 họ, 17 loài Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định Do đó việc lên men kị khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan, như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển cần có lượng CO2 đủ trong môi trường, nguồn nito (khoảng 3,5mg/g bùn lắng), tỉ lệ C/N = 20/1 Trong quá trình lên men kị khí các VSV gây bệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kị khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng… Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kị khí từ 80 đến 100%

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Biogas:

• Nhiệt độ: Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hưởng

đến tốc độ của phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng (yếu tố gây độc), độ hòa tan của CO2 và thành phần biogas sinh ra Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao Nhiệt độ lý tưởng cho hoạt động của VSV trong bể biogas là

350C, tuy nhiên quá trình phân hủy vẫn xảy ra ở nhiệt độ 15 – 200C Nếu nhiệt

độ thấp hơn thì VSV khó phát triển, dưới 100

C thì gần như quá trình sinh khí không diễn ra

• Thời gian lưu: là khoảng thời gian mà một đơn vị chất lỏng đi vào và

lưu tại hầm phân hủy Với thời gian lưu lớn hơn 10 ngày, ở nhiệt độ 350C, lượng khí ga sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định.Nếu để thời gian lưu quá lâu hoặc quá nhanh thì đều làm giảm hiệu quả của quá trình sinh khí

Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh

• pH: Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH nằm trong khoảng trung tính

(6,8 – 7,4) trong môi trường độ kiềm yếu Sự thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzym Các VSV và enzym rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối ưu, thể hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật

lý, cấu trúc, khả năng hoạt hóa của các enzym

lý tưởng của quá trình phân hủy tạo biogas

• Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào: Nước là nhu cầu tất

yếu cho sự sống và hoạt động của VSV Hàm lượng độ ẩm đối với từng loại

cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng Hiệu suất của quá trình phân hủy sẽ giảm khi hàm lượng chất rắn lơ lửng tăng Do đó phải xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng tối ưu cho hỗn hợp nguyên liệu đầu vào theo từng loại nguyên liệu và từng kiểu hầm ủ khác nhau

Công thức pha trộn chung đối với nguyên liệu đưa vào là: 1,5kg phân tự nhiên + 30 lit nước = hỗn hợp bùn lỏng có hàm lượng chất rắn lơ lửng 5%

Sản phẩm khí tạo ra 0,35 – 0,40m3 khí/1kg cặn lơ lửng, thời gian lưu nước trong bể Biogas đối với phân lợn là 10 – 15 ngày

Bảng 2.9 Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu

STT Nguyên liệu khí sinh học/1kg chất

khô (m 3 /kg)

%CH 4 trong khí sinh học

Thời gian lên men

• Thành phần gây độc: Nồng độ cao amoni, chất kháng sinh, thuốc trừ

sâu, bột giặt và kim loại nặng… là các yếu tố gây độc với vi sinh vật, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí biogas

• Quá trình khuấy trộn: Phải thường xuyên thực hiện phá lớp váng nổi

trong bể biogas để tạo điều kiện cho khí thoát lên vòm bể và thúc đẩy quá trình sinh khí Đồng thời trong các vi khuẩn sinh khí có loài thụ động có loài năng động, do đó cần khuấy trộn để cung cấp thức ăn cho loài vi khuẩn thụ động

Nguyên lý của quá trình chuyển hóa:

Về nguyên tắc khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh một hợp chất dạng khí có khả năng cháy được với thành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên 50% Quá trình này gọi là quá trình lên men kị khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học

Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn thủy phân: Các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ bị khử thành các monome (phân tử cơ bản)

- Giai đoạn hình thành axit: Vi khuẩn sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu

cơ yếu thành các sản phẩm H, H2O, CO2, CH3COOH

- Giai đoạn lên men metan: Axit acetic CH3COOH được hình thành ở hai giai đoạn đầu sẽ chuyển hóa thành CH4 và CO2 nhờ hoạt động của vi khuẩn metan

Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 nhóm vi khuẩn – vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metan hóa Chu trình chuyển chất thải hữu cơ thành biogas qua các phản ứng phức tạp về cơ bản có thể chia thành 2 pha chính

- Pha 1 – pha axit: Bao gồm giai đoạn thủy phân và giai đoạn tạo axit liên kết với nhau, trong đó các chất thải hữu cơ sẽ chuyển hóa phần lớn thành acetate

- Pha 2 – pha metan: Là giai đoạn 3 trở lên, trong đó khí CH4 và CO2được tạo thành

Hai bước đầu tiên của quá trình là nhân tố chính, qua đó liên kết các hợp chất hữu cơ mạch dài bị bẻ gãy, hình thành axit Khí metan được sinh ra do hoạt động của vi khuẩn kị khí chủ yếu tại bước 3

Cả ba giai đoạn trên càng có sự liên kết thì quá trình phân hủy, lên men chất hữu cơ trong hầm ủ diễn ra càng nhanh

Năm 2003, Hoa kỳ tiêu thụ 147 nghìn tỷ BTU (đơn vị nhiệt) năng lượng

từ khí bãi rác, khoảng 0,6% tổng số tiêu thụ khí đốt tự nhiên

Tại Ấn Độ, Neepal, Pakistan và Bangladesh khí sinh học được sản xuất

từ quá trình phân hủy kỵ khí của phân trong các cơ sở sản xuất quy mô nhỏ được gọi là khí Gobar, người ta ước tính rằng các cơ sở này tồn tại trong hơn hai triệu hộ gia đình ở Ấn Độ và trong hàng ngàn hộ ở Pakistan

Một số nước như Trung Quốc, Thái Lan, Brazil cũng có một số thành quả nhất định trong lĩnh vực này

Tại Việt Nam:

Ở Việt Nam khí sinh học đã được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 60 trên cả nước và thực sự phát triển thành phong trào từ đầu thập kỷ 80 của thế

kỷ trước

Căn cứ vào kết quả điều tra thực tế thì loại hộ nông dân có chăn nuôi 4-5 con lợn phổ biến ở nông thôn, vì vậy loại hầm biogas quy mô hộ gia đình có dung tích 4m3 phù hợp với phần lớn hộ nông dân ở nông thôn Việt Nam Hiện nay trên địa bàn cả nước có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas

có quy mô dưới 10m3 của các hộ gia đình nông dân

Riêng chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây dựng được 15.678 hầm biogas Ước tính chỉ có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoảng 100-200 m3 tại các trang trại nuôi lợn Tuy nhiên cả nước có tới 1100 trang trại lợn, nghĩa là mới đạt 0,3% trang trại có hầm biogas

Về công nghệ hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định xây bằng gạch hoặc đúc sẵn bằng composite tại các cơ sở chuyên nghiệp…

Biogas hiện nay được sử dụng chủ yếu cho đun nấu và chiếu sáng ở quy

mô hộ gia đình ở các khu vực nông thôn Dự báo nhu cầu sử dụng biogas cho đun nấu, chiếu sáng sẽ tăng tại các khu vực nông thôn

PHẦN 3

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại thị trấn Na Hang – huyện Na Hang – Tỉnh Tuyên Quang

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu

Thời gian nghiên cứu: 5/5/2014 đến 5/8/2014

Địa điểm nghiên cứu: Thị trấn Na Hang – Na Hang – Tuyên Quang

3.3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của thị trấn Na Hang

- Khảo sát tình hình chăn nuôi gia súc trên địa bàn Thị trấn Na Hang

- Khảo sát tình hình sử dụng hầm biogas tại địa phương

- Đánh giá hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình Biogas

- Đánh giá hiệu quả kinh tế do hầm biogas đem lại

- Những thuận lợi và khó khăn khi lắp đặt hầm biogas

- Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas

3.4 Phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp kế thừa

Thu thập những tài liệu có sẵn về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và hiện trạng môi trường của thị trấn Na Hang trong báo cáo môi trường của Huyện tại Ủy ban nhân dân thị trấn thông qua hội Nông dân thị trấn Na Hang Xin số liệu về biogas, số lượng đàn gia súc, tình hình phát triển nông nghiệp của thị trấn Na Hang trong báo cáo phát triển vùng của Huyện tại hội Nông dân thị trấn Na Hang

3.4.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin

Tiến hành khảo sát trực tiếp tại thị trấn Na Hang bằng cách lập bộ câu hỏi để trực tiếp hỏi người dân về hoạt động chăn nuôi và công tác ứng dụng xây dựng, vận hành hầm ủ biogas trong chăn nuôi

Phương pháp quan sát trực tiếp hiện trạng môi trường khu vực nghiên cứu bằng các giác quan như mắt, mũi, tai

Đây là phương pháp tiếp cận với thực tế, đánh giá và nhận định bằng ý kiến chủ quan của bản thân dựa trên những kiến thức đã học được trên lý thuyết và các thông tin nắm được trong quá trình học tập mà chưa có điều kiện vận dụng vào thực tế, qua đó thu thập được những thông tin có ích phục

vụ cho đề tài nghiên cứu, rút ra những kinh nghiệm, những bài học bổ ích cho công việc sau này

3.4.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Thu thập những tài liệu, số liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu từ các nguồn thông tin

3.4.4 Phương pháp phân tích thống kê

Các số liệu sau khi điều tra thu thập được thống kê và liệt kê ra những thông tin cần thiết cho quá trình làm đề tài

3.4.5 Phương pháp tổng hợp, đánh giá, so sánh

Số liệu sau khi đi điều tra được tổng hợp thành các bảng thông tin, bảng

số liệu phục vụ cho đề tài nghiên cứu Đây là phương pháp mang lại hiệu quả cao và chính xác trong quá trình điều tra nghiên cứu

3.4.6 Phương pháp xử lý và thống kê số liệu

Các số liệu thu thập được từ các tài liệu, trong quá trình điều tra khỏa sát được tổng hợp lại và tính toán, xử lý, thống kê bằng phương pháp thủ công và trên máy vi tính tạo các số liệu phục vụ cho việc nghiên cứu và đánh giá

PHẦN 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội thị trấn Na Hang

Thị trấn Na Hang nằm ở phía Nam của huyện Na Hang, là trung tâm kinh tế, văn hóa, chính trị của toàn huyện có diện tích tự nhiên là 4.699,63 ha

4.1.1 Điều kiện tự nhiên

4.1.1.1 Vị trí địa lý

Thị trấn Na Hang cách thành phố Tuyên Quang 108 km về phía Bắc có: Kinh độ: từ 1050 21' 40" đến 1050 25' 01"

Vĩ độ : từ 220 19' 26" đến 220 22' 20"

- Phía Bắc giáp xã Khau Tinh

- Phía Nam giáp xã Thanh Tương

- Phía Đông giáp xã Sơn Phú

- Phía Tây giáp xã Năng Khả

4.1.1.2 Địa hình địa mạo

Nhìn tổng quan, thị trấn có độ cao bình quân khoảng 200m, nằm kẹp giữa 2 vòng cung của vòng cung núi sông Gâm và vòng cung núi Ngân Sơn Địa hình dạng máng và có xu hướng giảm dần độ cao theo hướng Bắc - Nam Thị trấn thuộc vùng đồi núi thấp - trung bình dốc từ 150-300 , nơi dốc cao tới 350- 400, xen kẹp nhiều mỏm đá vôi dựng đứng lô nhô, nhiều hẻm vực, địa hình hiểm trở và phân cách khá mạnh

4.1.1.3 Khí hậu

Thị trấn Na Hang nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa vùng núi cao phía Bắc và được chia thành hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa thường từ tháng 4 đến tháng 9 hàng năm, khí hậu nóng ẩm, lượng mưa

cả năm thường tập trung vào mùa này Mùa khô khí hậu khô hanh và kéo dài

từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, lượng mưa thấp, nhiệt độ có thể xuống thấp hơn 40C Thị trấn có lượng mưa lớn, lượng mưa trung bình năm biến thiên trong khoảng 1.600-1.800 mm/năm

Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23,40C Độ ẩm không khí 80-86% Số giờ nắng bình quân 1.436 giờ/năm, tháng có số giờ nắng cao nhất là các tháng 6,7,8,9

4.1.1.5 Các nguồn tài nguyên:

Tài nguyên đất:

Hiện tại, diện tích tự nhiên của thị trấn là 4.674,96 ha, được sử dụng như sau:

- Đất nông nghiệp 3.120,48 ha

- Đất phi nông nghiệp 1.394,70 ha

- Đất chưa sử dụng 159,78 ha

Tài nguyên nước:

Tài nguyên nước của thị trấn chủ yếu là nước mặt, rất ít nước ngầm Nguồn nước mặt của thị trấn chủ yếu được chứa đựng trên các sông, suối, ao hồ, rải rác trên địa bàn và hồ thủy điện Tuyên Quang Về cơ bản, nguồn nước trên địa bàn thị trấn có chất lượng tương đối tốt, đảm bảo đủ số lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất của người dân

Tài nguyên rừng:

Thị trấn có tỷ lệ thảm thực vật tự nhiên và rừng trồng khá cao, nguồn

đa dạng sinh học tương đối phong phú Hiện nay trên địa bàn thị trấn có 2.907,10 ha có rừng Trong đó: