Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống công nghệ xử lý nước thải tại trại lợn nguyễn thanh lịch ba vì hà nội

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM --- LẠI HOÀI PHONG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN CỦA HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI TRẠI LỢN NGUYỄN THANH LỊCH -

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

LẠI HOÀI PHONG

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN CỦA HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI TRẠI LỢN NGUYỄN

THANH LỊCH - BA VÌ – HÀ NỘI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học Môi trường

Khoa : Môi trường

Khóa học : 2013 – 2017

Thái Nguyên, năm 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-

LẠI HOÀI PHONG

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN CỦA HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI TRẠI LỢN NGUYỄN

THANH LỊCH - BA VÌ – HÀ NỘI

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Chính quy

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Lớp: K45-KHMT-NO4 Khoa: Môi trường

Khóa học: 2013 – 2017

Giảng viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Minh Cảnh

Thái Nguyên - năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Thực tập là một khâu quan trọng trong công tác giáo dục và đào tạo, thực tập giúp sinh viên củng cố lại kiến thức đã được học trên lý thuyết và tập vận dụng, ứng dụng vào thực tế qua đó giúp sinh viên học hỏi và đúc kết kinh nghiệm thực tiễn phục vụ cho công tác sau khi ra trường

Để hoàn thành tốt được đề tài tốt nghiệp em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ các cơ quan, các tổ chức và các cá nhân Em xin bày tỏ lời cảm

ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn này

Em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Khoa Môi trường , cùng các thầy cô giáo, những người đã trang

bị kiến thức cho em trong quá trình học tập Em xin trân trọng cảm ơn giảng

viên ThS Nguyễn Minh Cảnh đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học

và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành đề tài này

Em xin gửi lời cảm ơn tới cấp ủy, chính quyền xã Ba trại, Ba Vì, Hà Nội, chủ trại chăn nuôi Nguyễn Thanh Lịch, Ba Vì, Hà Nội cùng toàn thể các

cô chú, các anh chị và các bạn đang làm việc tại trang trại đã nhiệt tình giúp

đỡ, chỉ đạo, để em có được thành công như ngày hôm nay

Do thời gian cũng như khả năng của bản thân có hạn, mà kiến thức về công tác bảo vệ môi trường hết sức phức tạp và nhạy cảm trong gian đoạn hiện nay, nên em rất mong được sự tham gia đóng góp ý kiến của các thầy, các cô và các bạn để khóa luận của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Lại Hoài Phong

MỤC LỤC

PHẦN 1 1

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu chung 2

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

PHẦN 2 4

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở lý luận 4

2.1.1 Môi trường 4

2.1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 4

2.1.3 Biogas 8

2.2 Cơ sở pháp lý 13

2.3 Cơ sở thực tiễn 14

2.3.1 Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới 15

2.3.2 Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam 17

2.3.3 Tình hình sử dụng Biogas tại Hà Nội 20

PHẦN 3 22

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 22

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 22

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 22

3.2 Địa điểm và thời gian tiến hành 22

3.3 Nội dung nghiên cứu 22

3.4 Phương pháp nghiên cứu 22

3.4.1 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa 22

3.4.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin thứ cấp 23

3.4.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm 23

3.4.4 Phương pháp phân tích 24

3.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 25

3.4.6 Phương pháp so sánh với chỉ tiêu, quy chuẩn môi trường Việt Nam 26

3.4.7 Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia 26

PHẦN 4 27

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 27

4.1 Cơ sở vật chất tại trang trại chăn nuôi lợn Nguyễn Thanh Lịch, Ba Vì, Hà Nội 27

4.2 Đánh giá thực trạng của hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi tại trại lợn Nguyễn Thanh Lịch – Ba Vì – Hà Nội 29

4.2.1 Hiện trạng quản lý chất thải chăn nuôi tại trang trại 29

4.2.2 Hiện trạng quản lý nước thải chăn nuôi 30

4.3 Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm khí biogas trong xử lí nước thải chăn của trang trại lợn Nguyễn Thanh Lịch, Ba Vì, Hà Nội 32

4.3.1 Đánh giá hiệu quả về mặt môi trường 32

4.3.2 Đánh giá hiệu quả về kinh tế, xã hội 37

4.4 Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng biogas, bảo vệ môi trường trên địa bàn xã Ba Trại- Ba Vì- Hà Nội 37

4.4.1 Những thuận lợi và khó khăn trong việc phát triển hệ thống hầm Biogas 37

4.4.2 Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas 38 PHẦN 5 42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42

5.1 Kết luận 42 5.2 Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2 1: Thành phần của Biogas hay khí sinh học 9 Bảng 4 1 Lượng phân thải ra đối với lợn nuôi trong trang trại 29 Bảng 4 2 Lượng nước tiểu trung bình trong ngày tính cho 1 con lợn tại trang trại 30 Bảng 4 3: Vị trí và địa điểm lấy mẫu nước thải chăn nuôi tại trại lợn Nguyễn Thanh Lịch 32 Bảng 4 4: Kết quả phân tích của một số chỉ tiêu nước thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng Biogas 32

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2 1: Mô hình hệ thống thu khí Biogas áp dụng đối với hộ gia đình 11

Hình 2 2: Mô hình hệ thống thu khí Biogas áp dung đối với hộ trang trại 12

Hình 2 3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế 13

Hình 4 1: Biểu đồ thể hiện chỉ số ô nhiễm BOD5 35

Hình 4 2: Biểu đồ thể hiện chỉ số ô nhiễm COD 35

Hình 4 3: Biểu đồ thể hiện chỉ số ô nhiễm TSS 36

Hình 4 4: Biểu đồ thể hiện chỉ số ô nhiễm Coliform 36

Hình 4 5: Mô hình bãi lọc ngầm 41

: Thông tư- Bộ Nông Nghiệp Phát triển Nông Thôn

: Tiêu chuẩn Việt Nam : Ủy ban nhân dân : Vi sinh vật

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Từ xưa đến nay cuộc sống của người nông dân Việt Nam gắn liền với cây lúa và chăn nuôi gia súc Chăn nuôi lợn không chỉ cung cấp phần lớn thịt tiêu thụ hằng ngày, là nguồn cung cấp phân hữu cơ cho cây trồng, mà chăn nuôi lợn còn tận dụng thức ăn và thu hút lao động dư thừa trong nông nghiệp với những đặc tính riêng của nó như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn chăn nuôi lợn luôn được quan tâm và nó trở thành con vật không thể thiếu được của cuộc sống hằng ngày trong hầu hết các gia đình nông dân Trong những năm gần đây đời sống của nhân dân ta không ngừng được cải thiện và nâng cao, nhu cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt lợn ngày một tăng cả về số lượng

và chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi lợn bước sang bước phát triển mới Hiện nay trên cả nước ta đã xây dựng nhiều mô hình chăn nuôi lợn với quy mô lớn, tuy nhiên vẫn còn nhiều hình thức chăn nuôi truyền thống như chuồng trại gần nhà, thậm chí ở một số nơi nuôi gia súc gia cầm trong nhà, chất thải chăn nuôi trược tiếp thải ra môi trường khi chưa qua xử lý , không những gây mùi hôi khó chịu, gây ô nhiễm môi trường xung quanh mà còn gây mất vẻ mỹ quan môi trường Phân và nước thải từ các hộ chăn nuôi thải ra môi trường chưa qua xử lý trở thành mối đe dọa trực tiếp tới sức khỏe con người và cả vật nuôi và đó còn là môi trường lý tưởng cho ruồi nhặng phát triển Mật độ ruồi nhặng cao gây ra những bất tiện trong sinh hoạt, chúng còn

là những kí chủ trung gian truyền nhiều bệnh truyền nhiễm hết sức nguy hiểm cho con người, vật nuôi Bên cạnh đó, mùi hôi thối của phân gia súc, gia cầm 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

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

mà còn là giải pháp kinh tế cho những người dân ở nông thôn Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm Xuất phát từ những yêu cầu trên, đồng thời được sự phân công của Khoa Môi trường và được sự hướng dẫn tận tình

của: Giảng viên-ThS Nguyễn Minh Cảnh, em tiến hành thực hiện đề tài

“Đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống công nghệ

xử lý nước thải tại trại lợn Nguyễn Thanh Lịch-Ba Vì – Hà Nội”

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu chung

- Khảo sát, đánh giá hiệu quả sử dụng bể biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi quy mô trang trại tại tại trang trại ông Nguyễn Thanh Lịch, xã Ba Trại, huyện Ba Vì, thành phố Hà Nội

- Phát hiện những khó khăn trong quá trình sử dụng biogas và đưa ra những giải pháp hạn chế và khắc phục những khó khăn đó

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Khảo sát, đánh giá chính xác, trung thực, khách quan tình hình sử dụng

bể biogas của trang trại tại địa phương

- Thu thập đầy đủ tài liệu, số liệu có liên quan đến đề tài nghiên cứu một cách khoa học và khách quan

- Từ tài liệu và số liệu thu thập được, rút ra những thuận lợi và những hạn chế trong việc ứng dụng công nghệ biogas và đưa ra các giải pháp thiết thực phù hợp với địa phương nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng biogas

1.3 Ý nghĩa của đề tài

- Ý nghĩa học tập: 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

- Ý nghĩa thực tiễn: Đánh giá được hiệu quả xử lý chất thải chăn nuôi khi

sử dụng bể biogas ở trang trại ông Nguyễn Thanh Lịch, xã Ba Trại, huyện Ba

Vì, thành phố Hà Nội Đồng thời làm cơ sở cho mở rộng quy mô và phạm vi

áp dụng biogas cũng như có các biện pháp quản lý và sử dụng biogas hiệu quả trong xử lý chất thải chăn nuôi tại địa phương

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở lý luận

2.1.1 Môi trường

Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá 13, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày

23 tháng 06 năm 2014, định nghĩa như sau: “Môi trường là hệ thống các yếu

tố vật chất tự nhiên và nhân tạo có tác động đối với sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật”

Ô nhiễm môi trường: Theo Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam 2014:

“Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường và tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”

Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu

Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay hố xí

2.1.2 Tổng quan về chất thải chăn nuôi

2.1.2.1 Định ngĩa về chất thải chăn nuôi

Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như phân, nước tiểu, thức ăn thừa, xác xúc vật… Chất thải trong chăn nuôi được chia ra làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí Trong chất thải chăn nuôi có nhiều chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng kí sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người Đây là nguồn nguyên liệu lớn chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo 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 ngành của từng quốc gia[6]

2.1.2.2 Thành phần, tính chất của nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là một trong những loại nước đặc trưng, có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao bằng hàm lượng chất hữu cơ, cặn lơ lửng,

N, P, và sinh vật gây bệnh Nó nhất thiết phải được sử lý trước khi thải ra ngoài môi trường Lựa chọn một quy trình xử lý nước thải cho một cơ sở chăn nuôi phụ thuộc rất nhiều vào thành phần và tính chat nước thải, Theo kết quả đánh giá hiện trạng môi trường của Viện Chăn nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của chất thải chăn nuôi (Trịnh Lê Hùng, 2006)[1]

- Các chất hữu cơ và vô cơ: Trong nước thải chăn nuôi, hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hydratcarbon và các chất dẫn xuất của chúng có trong phân, thức ăn thừa Hầu hết các chất hữu cơ

dễ phân hủy, ngoài ra còn có các chất khó phân hủy sinh học: các hợp chất hydrat carbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất chứa clo hữu

cơ Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, urê, ammonium, muối chlorua

- N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao Hàm lượng N-tổng = 200 - 350 mg/l trong đó N-NH4 chiếm khoảng 80-90%, P-tổng = 60 - 100 mg/l

- Vi sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh

2.1.2.3 Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi

Trong số các nước thuộc ASEAN, Việt Nam là nước chịu áp lực đất đai lớn nhất Tốc độ tăng trưởng dân số và quá trình đô thị hóa đã làm giảm diện tích đất nông nghiệp Để đảm bảo an toàn về lương thực và thực phẩm, biện pháp duy trì là thâm canh chăn nuôi trong đó chăn nuôi lợn là một thành phần quan trọng trong định hướng phát triển Trong những năm gần đây, ngành chăn nuôi lợn phát triển với tốc độ rất nhanh nhưng chủ yếu là tự phát và chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật về chuồng trại và kỹ thuật chăn nuôi

Do đó, năng suất chăn nuôi thấp và gây ô nhiễm môi trường một cách trầm trọng Ô nhiễm môi trường không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe vật nuôi, năng suất chăn nuôi mà còn ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người và môi trường sống xung quanh Mỗi năm ngành chăn nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn phân, 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 (Viện khoa học, công nghệ môi trường 2009)[7]

Cho đến nay, chưa có một báo cáo nào đánh giá chi tiết và đầy đủ về ô nhiễm môi trường do ngành chăn nuôi gây ra Theo báo cáo tổng kết của viện chăn nuôi, hầu hết các hộ chăn nuôi đều để nước thải chảy tự do ra môi trường xung quanh gây mùi hôi thối nồng nặc, đặc biệt là những ngày oi bức

Nồng độ khí H2S và NH3 cao hơn mức cho phép rất nhiều lần Ngoài ra trong nước thải còn chứa COD, BOD, Colifrom, E.Coli… và trứng giun sán cao hơn rất nhiều lần so với quy chuẩn cho phép (Viện khoa học, công nghệ môi trường 2009)[6]

Khả năng hấp thu Nitơ và Photpho của gia súc, gia cầm rất kém, nên khi thức ăn có chứa Nitơ và Photpho vào thì chúng sẽ bị bài tiết theo phân và nước tiểu Trong nước thải chăn nuôi thường chứa hàm lượng Nitơ và Photpho rất cao (Viện chăn nuôi 2006)[8]

- Ô nhiễm không khí:

Trong chất thải chăn nuôi, nếu lượng chất hữu cơ có quá nhiều VSV 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,… tạo mùi hôi thối

- 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…

- Ô nhiễm nguồn nước:

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 VSV nước, là nguyên nhân tạo nên dòng nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh hưởng đến môi trường Hai chất dinh dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước

(phú dưỡng) đó là nitơ (nhất là ở dạng nitrat) và photpho Trong nước thải chăn nuôi còn chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bệnh và trứng ký sinh trùng gây bệnh, so với nước bề mặt, nước ngầm ít bị ô nhiễm hơn Như vậy, chất thải chăn nuôi nếu không được xử lý triệt để sẽ gây ảnh hưởng lớn tới môi trường đất, nước, không khí, từ đó ảnh hưởng tới sức khỏe con người, sinh vật và các hệ sinh thái khác

2.1.3 Biogas

2.1.3.1 Khái niệm Biogas

Công nghệ biogas: Là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất[9]

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

có rất nhiều cải tiến và ứng dụng

- Hầm biogas: Là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn nuôi, sản xuất được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas - được sử dụng như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất

- Biogas hay khí sinh học là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân huỷ (lên men) những hợp chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây… dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí)

Bảng 2 1: Thành phần của Biogas hay khí sinh học

Nguồn: Tài liệu tập huấn kỹ thuật viên về KSH – Dự án chương trình

KSH cho ngành chăn nuôi Việt Nam , Hà Nội, 2007

- Khí sinh học sản xuất từ hầm biogas bao gồm 2/3 khí mêtan (CH4), 1/3 khí cacbonic (CO2) và năng lượng khoảng 4.500 - 6.000 calo/m3 Một mét khối (1m3) hỗn hợp khí CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tương đương với mức 6.000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hay 1,2 kWh điện năng, có thể sử dụng để chạy động cơ 2KVA trong 2 giờ, sử dụng cho bóng đèn thắp sáng trong 6 giờ, sử dụng cho tủ lạnh 1m3 khí biogas trong 1 giờ hoặc sử dụng nấu ăn cho gia đình 5 người trong 1 ngày[8]

- Metan (CH4) là thành phần chủ yếu của KSH Nó là chất khí không màu, không mùi và nhẹ bằng nửa không khí, ít hòa tan trong nước Ở áp suất khí quyển, metan hóa lỏng ở nhiệt độ -161,5oC Khi metan cháy sẽ tạo ngọn lửa màu lơ nhạt và tỏa nhiều nhiệt lượng:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882 kJ [2]

2.1.3.2 Đặc tính Biogas

Đối với khí biogas thì trọng lượng riêng khoảng 0,9 - 0,94 kg/m3, trọng lượng riêng này thay đổi là do tỉ lệ CH4 với các khí khác trong hỗn hợp Lượng H2S chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng có tác dụng trong việc xác định nơi hư

hỏng của hầm để sửa chữa Gas có tính dễ cháy trong không khí nếu được hòa lẫn với tỉ lệ 6 - 25 % mới có thể cháy được (vì thế 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[4]

2.1.3.3 Cấu tạo hệ thống phân hủy chất thải theo công nghệ Biogas

Hệ thống phân hủy biogas được cấu tạo thành 4 phần:

- Hệ thống phân hủy chính: là nơi diễn ra phân hủy hiếm khí các chất hữu cơ chứa trong phân và nước tiểu Bể phân hủy thường có dung tích lớn, nhỏ tùy thuộc

và quy mô chăn nuôi của từng trang trại, thông thường từ 10 - 30 m3

- Hệ thống điều áp: có vai trò trong việc đảm bảo áp lực khí cần thiết trong hệ thống phân hủy chính, đồng thời đảm bảo quá trình an toàn cho cả hệ thống

- Hệ thống ống dẫn khí: được cấu tạo bằng các đường ống dẫn nhựa PVC,

có chức năng chuyển tải khí đốt sinh học từ hệ thống phân hủy chính đến các thiết bị khí sinh học

- Thiết bị sử dụng khí sinh học: là những bếp đun, các thiết bị thắp sáng, thiết bị sưởi

2.1.3.4 Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam

a) Loại hầm Biogas quy mô hộ gia đình

- 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

Hình 2 1: Mô hình hệ thống thu khí Biogas áp dụng đối với hộ gia đình

Loại bể này kích thước tùy theo nhu cầu xử lý của hộ chăn nuôi (tùy số

lượng đàn lợn mà thiết kế thể tích bể chứa cho phù hợp để xử lý) Cấu tạo của

bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình chóp cụt, bể điều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy địa hình Các loại bể lớn xây hình hộp cỡ kích thước 50 –

200 m3 phục vụ cho các trại chăn nuôi và lò mổ nhu cầu xử lý lớn, xây chìm trong lòng đất nên độ bền cao, nước thải tự chảy vào hầm chứa, ít tốn diện tích, có thể sử dụng mặt bằng để chăn nuôi trên nóc bể, giữ nhiệt độ ổn định vào mùa lạnh và mùa mưa, thích hợp cho vi sinh phát triển, áp lực gas mạnh,

có thể dẫn đi xa (300 m) nấu nhanh, sử dụng cho thắp sáng tốt

Nhược điểm: phải đào đất nhiều, vùng thấp trũng phải bơm nước khi thi công

- 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 1.4 m 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 bất lợi sau: Túi ủ biogas bằng ni-lông 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 vì túi biogas này đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất, làm cho nhiều gia đình ở Đồng Bằng Sông Hồng do chật chội nên không có điều kiện về đất đai

để áp dụng Hai loại hình cơ bản trên được giới thiệu dùng để sử dụng cho quy mô hộ gia đình ở nông thôn Những loại hình này muốn đưa vào hoạt động cần có sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì mới có khả năng được công nhận chính thức[5]

b) loại bể biogas hệ trang trại

Hình 2 2: Mô hình hệ thống thu khí Biogas áp dụng đối với hộ trang trại

Loại bể này thường có kích thước lớn (tùy số lượng đàn lợn của trang trại

mà thiết kế thể tích bể chứa cho phù hợp để xử lý).Cấu tạo của bể thường có dạng hình vuông ,hình chữ nhật.Kích thước từ 50-200m3 áp lực gas mạnh có thể dẫn đi xa ,nấu ăn và thắp sáng tốt.Vì có thể tích lớn nên nó chiếm một phần diện tích của trang trại ,đặc điểm của loại bể là xây dựng bằng nguyên vật liệu gạch với xi măng nên có thể xây một cách nhanh ,hiệu quả xử lý với

số lượng lớn

Trên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực

tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng ngay khi đưa vào Việt Nam Mô hình bể biogas phổ biến trong thực tế có rất nhiều dạng để phù hợp áp dụng vào đời sông sản xuất

Hình 2 3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế

2.2 Cơ sở pháp lý

- Luật bảo vệ môi trường 2014

- Nghị định 80/2006/NĐ-CP ngày 09/8/2006 của Chính phủ Quyết định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường

- Nghị định số 149/2004/NĐ-CP ngày 27/7/2004 của Chính phủ về Quy định cấp phép, thăm dò, khai thác, sử dụng tài nguyên nước, xả nước thải vào nguồn nước

- Quyết định số 1506/QĐ-BNN-KHCN, ngày 15/5/2008 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ban hành quy trình thực hành chăn nuôi tốt trong chăn nuôi lợn an toàn

- Quyết định số 35/2002/QĐ-BKHCN ngày 5/6/2002 của BKHCN về việc ban hành tiêu chuẩn môi trường Việt Nam

- Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của BTNMT

Về việc ban hành quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia môi trường

- Thông tư 04/2010/TT-BNNPTNT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học

- QCVN 01-14 -2010/BNNPTNT: Điều kiện trang trại chăn nuôi lợn

Tuy nhiên, do nước thải chăn nuôi lợn là một nguồn thải ô nhiễm trầm trọng đối với môi trường, loại nước thải rất khó xử lý, bởi lượng hữu cơ cũng như hàm lượng Nitơ trong nước thải rất cao Vì vậy, phát triển công nghệ xử

lý nước thải chăn nuôi lợn có hiệu quả cao và kinh tế đang là sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học trên thế giới cũng như ở Việt Nam Đối với loại nước thải này, nếu chỉ xử lý bằng quá trình sinh học yếm khí thông thường không triệt

để, vẫn còn một lượng lớn các chất hữu cơ và phần lớn thành phần dinh dưỡng Trong những năm gần đây, chăn nuôi lợn theo quy mô trang trại đã có bước phát triển đáng kể, quy mô chăn nuôi tập trung ngày càng nhiều Đi cùng với nó, tác động của hoạt động chăn nuôi đến môi trường ngày càng nghiêm trọng Thế nhưng, trong thực tế vấn đề môi trường chưa được các chủ trang trại quan tâm đúng mức Hầu hết các trang trại đều xây dựng hầm ủ Biogas để xử lý chất thải, tận dụng chất đốt nhưng công suất không đủ lớn, một phần lớn chất thải được đổ trực tiếp ra môi trường

Như vậy việc đánh giá khả năng xử lý nước thải chăn nuôi lợn của hệ thống công nghệ xử lý nước thải tại một trang trại lợn là rất cần thiết

2.3.1 Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới

Với nhận thức công nghệ sinh học là công nghệ khí liên ngành đa mục tiêu đa mục đích nên chính phủ nhiều nước trên thế giới đã và đang quan tâm đưa ra những chính sách, những chương trình mạnh mẽ thúc đẩy sử dụng nguồn năng lượng khí sinh học với mục tiêu khai thác toàn diện các lợi ích của nó, các chính sách thúc đẩy công nghệ khí sinh học đã được chứng minh trên các lợi ích kinh tế, xã hội như: bảo vệ môi trường, cung cấp năng lượng, tạo ra các hoạt động kinh tế cho các vùng hẻo lánh, đa dạng hóa các nguồn năng lượng Ở các nước phát triển mạnh trên thế giới, nguồn năng lượng và nguồn phân bón dồi dào, cho nên việc ứng dụng kĩ 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 m 3 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 Sỹ, Canada,

Hà Lan Ở châu Á Trung Quốc và Ấn Độ có số lượng biogas nhiều nhất

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 khoảng 2000 bể

cỡ lớn và 8,5 triệu hầm Trong những năm gần đây, các mô hình nhà kính và

sử dụng năng lượng đa dạng đã được phát triển rất nhanh ở Trung Quốc, đặc biệt những bể tạo khí biogas nhỏ được xây dựng mỗi năm tới 160.000 chiếc, đến nay toàn quốc đã có hơn 8 triệu bể tạo khí biogas nhỏ

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 về môi tường

Tại 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 Đức: việc xây dựng các công trình khí sinh học tăng từ 100 thiết

bị/năm đến 200 thiết bị/năm vào những năm 2000 hầu hết các công trình có thể tích phân hủy từ 1000 tới 1500 m3 , công suất khí từ 100 tới 150 m3 Có trên 40 công trình quy mô lớn với thể tích phân hủy 4000 tới 8000 m3 Khí sinh học được sản xuất ra đề cung cấp cho các tỏ máy đồng phát điện và phát điện có công suất điện là 20, 150, 200 và 500 KWe

Ấn Độ: Ấn Độ là một nước mà ưu thế về mặt nông nghiệp rất lớn và chăn nuôi là một nghành có vai trò rất quan trọng của Ấn Độ Hệ thống các trang trại chăn nuôi không chỉ mang lại sữa và thịt mà còn cung cấp phân, len,

trứng… Theo điều tra về số liệu chăn nuôi, tổng số gia súc, gia cầm ở nước này năm 1992 là 470 triệu con và 307 triệu con, đến năm 2003 thì lượng gia súc, gia cầm tương đương nhau và đạt xấp xỉ 500 triệu con mỗi loại Kể từ thập kỷ 50, các công trình KSH đã được tuyên truyền, phổ biến rộng rãi và bắt đầu ứng dụng cho hộ gia đình nông thôn, nhưng đây là sự phát triển tự phát, sự tiến bộ thực sự đạt được vào thập kỷ 70 Năm 1980 có 100.000 công trình KSH quy mô nhỏ đã được xây dựng Với sự khởi đầu của kế hoạch 5 năm lần thứ 6 vào năm 1981, dự án quốc gia về phát triển KSH ra đời sau đó

là sự phổ biến rộng lớn các công trình KSH quy mô hộ gia đình và cũng bao gồm cả việc hỗ trợ tài chính Công nghệ KSH đã liên tục được hỗ trợ bởi chính phủ Ấn Độ Năm 1982, Ấn Độ đã thành lập một Sở chuyên trách về các nguồn năng lượng không chính thống thuộc Bộ năng lượng để thực hiện việc điều khiển tập trung phổ biến công nghệ KSH Hiện tại, có khoảng 20 triệu các công trình KSH ở Ấn Độ, trong đó 70 – 80% được coi là đang hoạt động

có hiệu quả[3]

2.3.2 Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam

2.3.2.1.Khái quát tình hình phát triển hầm khí biogas tại Việt Nam

Từ những năm 1960 đến nay các dạng hầm biogas khác nhau như hầm

biogas xây chìm dưới lòng đất có nắp hình vòm cuốn của Trung Quốc, Ấn Độ; Mô hình túi biogas ủ bằng vật liệu chất dẻo của Cô-lôm-bia lần lượt được giới thiệu vào Việt Nam qua nhiều kênh và chương trình khác nhau trong đó

tổ chức VACVINA trên địa bàn toàn quốc với vai trò tiên phong đã thực sự

có những hoạt động tích cực trong việc phổ biến các loại hình công nghệ biogas thông qua các nội dung: Tập huấn chuyển giao công nghệ và đào tạo đội ngũ cán bộ kỹ thuật cho địa phương; Xây dựng các mô hình trình diễn để nhân rộng; Thực hiện các chiến dịch tuyên truyền, phổ biến kỹ thuật để nâng cao nhận thức cho hội viên thông qua các phương tiện truyền thanh, truyền

hình Tuy nhiên theo phản ánh của các hộ nông dân thì kết quả thu được từ các mô hình biogas là rất khác nhau và còn nhiều hạn chế nên sự phát triển và nhân rộng các mô hình biogas gặp rất nhiều khó khăn Những vấn đề tồn tại

đó khiến chương trình phát triển công nghệ biogas phải đối mặt với những thách thức lớn và có những thời điểm đã mang dấu hiệu của sự ngừng trệ Trước những khó khăn do hạn chế của công nghệ biogas và những bức xúc cần được giải quyết sớm nhằm hỗ trợ cho bà con nông dân đẩy mạnh phát triển chăn nuôi, giải quyết và khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường, trung ương hội VACVINA đã thiết kế mô hình “ Biogas VACVINA cải tiến” Hầm Biogas cải tiến là một mô hình đảm bảo phát triển bền vững cho vùng nông thôn Việt Nam Đến nay, công nghệ khí sinh học đã được phát triển rộng lớn

ở Việt Nam, ước tính có khoảng 120.000 hầm biogas đã được xây dựng và đang hoạt động, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilông, còn lại là loại hầm kiên cố có nắp Nhiều tổ chức đã tham gia phát triển công nghệ này nhờ những nguồn tài trợ khác nhau Hiện nay có khoảng 10 kiểu thiết bị khí sinh học đang được áp dụng tại Việt Nam Số lượng mô hình biogas tăng nhanh, đặc biệt ở Thành phố Hải Phòng, Thái Nguyên, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Cao Bằng, Ngoại thành Hà Nội

2.3.2.2.Tình hình triển khai các dự án biogas ở Việt Nam

Năm 2006 Viện Chăn nuôi thực hiện dự án “ Xây dựng mô hình chăn nuôi

lợn kết hợp với bảo vệ môi trường cho năng suất cao” đã đạt kết quả tốt trong

việc ứng dụng các giải pháp kĩ thuật tổng hợp vào xây dựng mô hình chăn nuôi nông hộ, kết quả đã giảm thiểu hàm lượng một số chỉ tiêu đặc trưng cho

ô nhiễm môi trường từ 27,0 - 63,45 %; giảm tỷ lệ viêm phổi và tiêu chảy ở lợn con, viêm tử cung ở lợn nái, góp phần nâng cao năng suất chăn nuôi và cải thiện năng suất chăn nuôi, nâng cao thu nhập cho người chăn nuôi

Năm 2007 Cục Chăn nuôi, thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông

thôn và tổ chức hợp tác phát triển Hà Lan thực hiện dự án “Chương trình Khí sinh học cho Ngành Chăn nuôi Việt Nam 2007- 2011” Mục tiêu tổng thể của

dự án là góp phần phát triển nông thôn qua việc sử dụng công nghệ khí sinh học, xử lý chất thải chăn nuôi, cung cấp năng lượng sạch và rẻ tiền cho bà con nông dân, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng, tạo thêm công ăn việc làm ở nông thôn, làm giảm thiểu sử dụng nguyên liệu hóa thạch, giảm hiện tượng phá rừng và giảm phát khí nhà kính

Dự án góp phần khuyến khích và tạo điều kiện thuận lợi cho các hộ gia đình phát triển kinh tế trang trại, mở rộng chăn nuôi ở nhiều loại hình và quy

mô, trong đó công nghệ khí sinh học có thể giúp xử lý phân chuồng và chất thải, đồng thời sản xuất ra nguồn năng lượng tái tạo từ quá trình xử lý chất thải Ngoài ra, bã thải khí sinh học khí sử dụng đúng cách sẽ là loại “phân hữu cơ” sạch và giàu dinh dưỡng giúp nâng cao năng suất, chất lượng rau, quả và cải tạo đất, kiểm soát sâu bệnh Dự án gián tiếp góp phần vào xóa đói giảm nghèo, giảm chi phí lao động nội trợ và tạo việc làm hữu ích cho người dân nông thôn như thợ xây dựng, bảo hành, lắp đặt công trình, chăn nuôi và làm vườn

Đến cuối năm 2007 dự án đã hỗ trợ xây dựng trên 37.000 công trình khí sinh học đào tạo hơn 300 kỹ thuật viên tỉnh và huyện, 600 đội thợ xây công trình khí sinh học và tổ chức hàng ngàn cuộc hội thảo tuyên truyền và tập huấn người sử dụng khí sinh học

Năm 2012 có 0,3% trong số17.000 các trang trại lớn đã sử dụng khí sinh học Chiến lược quốc gia của Chính phủ về Cung cấp nước sạch và vệ sinh môi trường đặt mục tiêu là đến năm 2020 sẽ có khoảng 45% trang trại sử dụng hệ thống quản lý chất thải, đặc biệt là bể biogas để xử lý và quản lý chất thải