ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
TẠ VĂN PHƯƠNG Tên đề tài:ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH ÁP DỤNG BIỆN PHÁP SINH HỌC TRONG
XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TRÊN ĐỊA BÀN XÃ PHÚ LẠC -
HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa : Môi trường
Lớp : K42 – KHMT N03
Khoá học : 2010 - 2014
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt Diễn giải
1
BHYT
Bảo hiểm y tế
2
BVMT
Bảo vệ môi trường
3
CTKSH
Công trình khí sinh học
4
ĐVT
Đơn vị tính
5
KSH
Khí sinh học
6
NN
1.2.1. Mục tiêu chung. 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể 2
1.3. Yêu cầu của đề tài. 2
1.4. Ý nghĩa của đề tài 3
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 3
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn 3
Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1. Cơ sở lý luận. 4
2.1.1. Cơ sở khoa học. 4
2.1.1.1. Khái niệm chất thải. 4
2.1.1.2. Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm 4
2.1.1.3. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi 7
2.1.2. Cơ sở thực tiễn 21
2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu về các biện pháp sinh học trong xử lý
chất thải chăn nuôi trong và ngoài nước. 22
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu. 30
3.2. Nội dung nghiên cứu. 30
3.2.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội xã Phú Lạc. 30
3.2.2. Khái quát tình hình chăn nuôi. 30
3.2.3. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi trên địa bàn xã Phú Lạc. 30
3.2.4. Đề xuất giải pháp nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện pháp sinh
học trong xử lý chất thải chăn nuôi. 31
3.3. Phương pháp nghiên cứu. 31
3.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp. 31
3.3.3 Phương pháp tham khảo ý kiến các chuyên gia. 31
3.3.4 Phương pháp tổng hợp, thống kê số liệu. 31
3.3.5 Phương pháp phân tích bằng các chỉ tiêu giá trị 32
Phần 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33
4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Phú Lạc, huyện Đại Từ, tỉnh Thái
Nguyên. 33
4.1.1. Điều kiện tự nhiên. 33
4.1.3.2. Khó khăn 43
4.2. Khái quát tình hình chăn nuôi xã Phú Lạc. 44
4.3. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi trên địa bàn xã 45
4.3.1. Tình hình chất thải chăn nuôi trên địa bàn và nhận thức của người
dân về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi. 45
4.3.1.1. Kết quả khảo sát lượng chất thải chăn nuôi gia súc, gia cầm trên
địa bàn. 45
4.3.1.2. Trình độ nhận thức của người dân về vấn đề xử lý chất thải chăn nuôi.46
4.3.2. Tình hình áp dụng các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn
nuôi. 47
4.3.3. Đánh giá kết quả và hiệu quả của các biện pháp sinh học được áp dụng49
4.3.3.1. Đánh giá hiệu quả về môi trường 49
4.3.3.2. Hiệu quả kinh tế 52
4.3.3.Xác định được ưu, nhược điểm của từng phương pháp áp dụng 56
4.3.3.2. Hiệu quả xã hội 60
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong vòng 24 giờ 5
Bảng 2.2: Tính chất của chất thải động vật 5
Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật 6
Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 14
Bảng 2.5: Lượng phân chuồng từ một số loài vật nuôi. 18
Bảng 2.6. Thành phần dinh dưỡng của phân chuồng…….……………… 19
Bảng 4.1: Thành phần dân tộc 35
Bảng 4.2. Tình hình gia tăng dân số giai đoạn 2010-2013. 36
Bảng 4.3. Tỷ lệ hộ nghèo và cận nghèo của xã Phú Lạc 39
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1 14
Hình 2.2 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2 15
Hình 2.3: Mô hình hầm Biogas trong thực tế (mô hình bể Đức – Thái Lan) 15
Hình 2.4 Túi biogas bằng plastic 16
Hình 2.5 Hầm biogas bằng vật liệu composite 17
Hình 4.1: Sơ đồ vị trí địa lý xã Phú Lạc. 33
Hình 4.2: Cơ cấu kinh tế xã Phú Lạc. 4040
1
Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Việt Nam là nước có tới 70% dân số sản xuất nông nghiệp, trong đó chủ
yếu là trồng trọt và chăn nuôi. Ngày nay cùng với sự xuất hiện và phát triển
của nền kinh tế thị trường, khu vực kinh tế nông thôn có nhiều khởi sắc và
chuyển biến rõ rệt. Cơ cấu kinh tế nông nghiệp nông thôn có nhiều thay đổi,
ngành chăn nuôi đang từng bước phát triển và giữ vị trí quan trọng trong sản
những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng. Từ
đó đề xuất các giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả xử lý
chất thải chăn nuôi tại địa phương. Đưa ra cái nhìn khách quan về ý thức bảo
vệ môi trường của một số hộ gia đinh chăn nuôi.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Mục tiêu về kiến thức:
+ Điều tra, thu thập thông tin về tình hình chăn nuôi trên địa bàn
+Tiến hành điều tra, đánh giá tình hình sử dụng các biện pháp sinh học
( Biogas, chế phẩm, ủ phân, ) tại vùng nghiên cứu và hiệu quả của từng biện
pháp.
+ Đề xuất một số giải pháp nhằm nhằm mở rộng quy mô áp dụng các biện
pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi.
- Mục tiêu về kĩ năng:
+ Nắm được các kĩ năng quan sát, phân tích, đánh giá, tổng hợp và tự chủ
trong công việc.
- Mục tiêu về thái độ.
+ Biết cách làm việc và phát huy tính độc lập trong công việc.
+ Biết cách ứng xử tốt tại cơ sở.
1.3. Yêu cầu của đề tài.
- Xác định được các biện pháp sinh học đang áp dụng trong xử lý chất
thải chăn nuôi trên địa bàn,đánh giá hiệu quả của các biện pháp.
- Số liệu thu thập phải chính xác, khách quan, trung thực
- Tiến hành điều tra theo bộ câu hỏi: bộ câu hỏi phải dễ hiểu, đầy đủ các
thông tin cần thiết cho việc đánh giá.
- Các kiến nghị đưa ra phải phù hợp với tình hình địa phương và có tính
khả thi cao.
3
2.1. Cơ sở lý luận.
2.1.1. Cơ sở khoa học.
2.1.1.1. Khái niệm chất thải.
Có nhiều định nghĩa khác nhau về chất thải. Trong đó: “Chất thải là mọi
thứ mà con người, thiên nhiên và quá trình con người tác động vào thiên nhiên
thải ra môi trường”.
Chất thải là các chất hoặc vật liệu mà người chủ hoặc người tạo ra chúng
hiện tại không sử dụng và thải bỏ chúng.
Chất thải là sản phẩm được phát sinh ra trong quá trình sinh hoạt của con
người, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, thương mại, dịch vụ, giao thông,
sinh hoạt gia đình, trường học, các khu dân cư, nhà hàng, khách sạn…
2.1.1.2. Khái niệm chất thải chăn nuôi và nguy cơ ô nhiễm
A. Chất thải chăn nuôi
* Khái niệm chất thải chăn nuôi
- Chất thải chăn nuôi: là những chất thải của vật nuôi và cả những chất
độn chuồng. Chất thải chăn nuôi được phân ra làm 3 loại: chất thải rắn, chất
thải lỏng và chất thải khí (Bộ NN & PTNT,Cục Nông nghiệp, 2005 Chất thải
đó là một lượng lớn chất thải hữu cơ có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường rất
cao.)[2].
* Lượng chất thải chăn nuôi thải ra.
Theo Lochr (1984) được trích dẫn bởi Lăng Ngọc Huỳnh (2000) lượng
phân của gia súc có thể thay đổi theo lượng thức ăn mỗi ngày như vậy có thể
thay đổi theo thể trọng. Lượng phân và nước thải của vật nuôi được Lê Văn
Căn (1983) ghi nhận như sau:
5
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu vật nuôi thải ra trong vòng 24 giờ
thải/con/ngày
Chất thải của gia súc 9,3 65 5,9 28,3
Chất thải của bò 16-25 78-80 4,2 37,3
Chất thải của ngựa 25 75 - -
Chất thải của lợn 14 82 2,7 28,3
Chất thải của cừu 20 68 - -
(Nguồn: Le Thi Xuan Thu, Biogas Engineer/Extension in charge – Biogas
Project Division – The Biogas Program for Animal husbandry sector of Viet
Nam)
6
Ngoài chất thải động vật và con người, thực vật cũng là nguồn nguyên
liệu được sử dụng để sản xuất Biogas và phân bón sinh học.
Đối với Việt Nam, một quốc gia có nền nông nghiệp là chính, đặc biệt về
chăn thả gia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn. Khối lượng chất thải của động
vật thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện chăn nuôi và chuồng trại. Lượng phân
động vật sản xuất một năm ước tính theo bảng 2.3.
Bảng 2.3: Khối lượng chất thải từ động vật
Động vật
Tấn/năm
( tính trên 454 kg
thịt sống)
Hàm lượng Nito ( kg/năm/454kg thịt
sống)
Trong nước
tiểu
Trong phân
N
2
O gây mùi hôi thối khó chịu, kích thích trung khu hô hấp của người và vật
nuôi, có thể gây ngộ độc hoặc tử vong.
- Ô nhiễm do vi sinh vật và ký sinh trùng gây bệnh: Theo tài liệu của FAO có
khoảng 90 loại bệnh liên quan giữa người và gia súc mà phần lớn do các vi
sinh vật và ký sinh trùng (KST) lan truyền từ chất bài tiết của vật nuôi bị bệnh
vào không khí, nguồn nước, đất, nông phẩm, trong đó phổ biến và nguy hiểm
nhất là nhóm vi khuẩn gây bệnh đường ruột [5].
2.1.1.3. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi
a. Phương pháp sử dụng bể Biogas
* Khí sinh học.
- Khí sinh học (Biogas) là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ
(phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện
yếm khí (không có không khí), VSV phân hủy các chất tổng hợp và sinh ra
khí. Biogas là một hỗn hợp khí bao gồm Metan (CH
4
), Cacbon Dioxit (CO
2
),
Nito (N
2
) và Hydro sunphat (H
2
S). Thành phần chủ yếu của Biogas là Metan
(chiếm 60 – 70%) và Cacbon dioxit (chiếm 30 – 40%)(Bộ NN &
PTNT,2011)[1].
- 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
2
, H
2
O, CO
2
, H
2
S
- Axit acetic CH
3
COOH
- Rượu và các axit hữu cơ yếu.
* Giai đoạn khử axit
Trong bước này vi khuẩn Acetogen sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu
cơ yếu thành các sản phẩm sau:
9
- H, H
2
O, CO
2
- Axit acetic CH
3
COOH
* Giai đoạn tạo CH
4
; 35 - 50% CO
2
; hàm lượng hơi
nước khoảng 30 – 160g/m
3
; hàm lượng H
2
S 4 - 6 g/m
3
. Giá trị năng lượng
khoảng 5,96 kWh/m
3
và tỷ trọng 0,94 kg/m
3
. Lượng không khí cần thiết cho
quá trình cháy của Biogas khoảng 5,7 m
3
không khí/ m
3
biogas, với tốc độ cháy
khoảng 40 cm/s. Hàm lượng CH
4
sinh ra đối với từng loại chất thải điển hình
được liệt kê như sau:
- Chất thải của trâu, bò: 65%
- Chất thải của gia cầm: 60%
- Chất thải của lợn: 67%
Lượng khí sinh ra được xác định bằng (Nm
3
) biogas hoặc (Nm
3
không khí/ m
3
biogas(Nguyễn Quang Khải, 2006, Nxb Nông
nghiệp)[6].
* Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học.
Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo Biogas được thực hiện
bởi các nhóm VSV. Các VSV này sử dụng một số enzyme để làm chất xúc tác
cho phản ứng sinh học. Hoạt động của các enzyme này đòi hỏi các điều kiện
hóa lý riêng (hay còn gọi là điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quy trình
chuyển hóa sinh học. Các yếu tố hóa lý quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của
phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, yếu
tố gây độc, tốc độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu
trong hầm. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xét trên nhiều khía cạnh
khác nhau được trình bày chi tiết như sau:
• Nhiệt độ.
Trong quá trình phân hủy tạo Biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của
phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng (yếu tố gây độc), độ hòa
tan của CO
2
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.
Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10
0
C. Tuy nhiên,
điều này hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại VK tham gia vào quá trình
chuyển hóa Biogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Ba
khoảng nhiệt độ mà VK hoạt động hiệu quả nhất là:
- T <15
0
yếu tố gây độc.
Một điểm bất lợi của quá trình phân hủy nhiệt độ cao đó là trong thành
phần Biogas sinh ra sẽ có sự hiện diện của khí H
2
S, tác nhân gây mùi hôi.
• Thời gian lưu.
Thời gian lưu được tính bằng tỷ số giữa thể tích hầm phân hủy và thể tích
nguyên liệu đi vào hầm trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày.
Thể tích hầm phân hủy (m3)
T (ngày) =
Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m3/ ngày)
Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho VK có tốc độ phát triển
chậm nhất có thể tái sinh. Nếu thời gian lưu nước lớn hơn 10 ngày, ở nhiệt độ
35
0
C, lượng biogas sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định, đối với VK ưa nhiệt trung
bình, thời gian phân hủy tối ưu khoảng 20 – 30 ngày. Đối với VK ưa nhiệt thời
gian phân hủy chỉ từ 3-10 ngày nếu thời gian lưu có tăng lên nữa thì lượng
biogas cũng không tăng thêm nhiều. Do đó, thời gian lưu càng lâu, hiệu quả
của quá trình càng thấp.Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối
với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh.
• Độ PH.
Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH e" 7,0 (trong môi trường độ kiềm yếu).
Sự xuất hiện một số ion sau có thể làm ảnh hưởng đến pH của hầm: HCO
3
-
,
H
2
CO
Sự thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzyme. Các
VSV và enzyme của chúng 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 enzyme. Mỗi enzyme chỉ có hoạt tính trong một dãy pH nhất định.
Hiện tượng pH bị lệch khỏi khoảng pH tối ưu có thể gây ra các tác động sau
đây đối với các enzyme:
- Làm thay đổi độ ổn định của các nhóm enzyme có khả năng ion hóa.
- Làm thay đổi các thành phần enzyme không có khả năng oxy hóa trong hệ
thống.
- Làm biến tính hệ enzyme.
Các VK mêtan hóa nhạy cảm với sự thay đổi pH hơn so với VK axit hóa
và chỉ hoạt động trong khoảng pH hẹp (pH tối ưu cho hoạt động của VK
mêtan hóa khoảng 6,8 – 8,5; VK axit hóa có thể tồn tại trong môi trường pH
thấp khoảng 5,5).
Nồng độ và dạng tồn tại của amoniac cũng có ảnh hưởng quan trọng đến
pH của hầm ủ. Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định trạng thái tồn tại
của amoniac (NH
3
), amoniac tồn tại ở dạng NH
4
+
không gây độc đối với VK,
ngược lại với ammoniac tự do. Nồng độ NH
3
ở mức 100ppm sẽ rất độc và có
thể là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ.
• Tỷ lệ C/N.
Để tạo điều kiện sinh trưởng và phát triển tối ưu của VK, điều cần thiết là
phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dạng các hợp chất hóa học với nồng độ
thích hợp. Cacbon và nitơ (có trong protein, nitrat…) là những thành phần dinh
hầu hết các loại hầm ủ biogas, tỷ lệ nguyên liệu thô đầu vào: nước lý tưởng
phải đạt mức 1:1.
• Thành phần gây độc.
Nồng độ của ammoniac, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt và kim
loại nặng…. là các yếu tố gây độc với VSV, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí
biogas. Tỷ lệ C/N thấp trong hỗn hợp đầu vào sẽ làm tăng hàm lượng amoniac.
Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn của động vật hoặc khi tiêm phòng cho
động vật có thể gây ra các tác động tiêu cực đến khả năng sinh khí biogas.
Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại được trình bày trong bảng 2.4
14
Bảng 2.4 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại
Thành ph
ần
mg/l
Sunfate SO
4
2
-
5.000
NaCl
40.000
5.500
K
4.500
Ca
4.500
Mg
1.500
(Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternationnal
Publisher[1100]).
* Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam.
Hầm xây KT1
Kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngầm thấ
p, có
thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp.
Hình 2.1 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1
15
Hầm xây KT2
mất vệ sinh môi trường. Hầm biogas composite có thể tự động phá váng 100%,
tự động cân bằng áp suất gas khi áp suất trong hầm quá điều kiện cho phép,
không xảy ra hiện tượng nổ, vỡ hầm như một số hầm bể xây bằng gạch.
Copyright: Tài liệu đại học ©