BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ XUYÊN
ðÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG VÀ TIỀM NĂNG
PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG BIOGAS Ở NÔNG HỘ
TẠI HAI TỈNH BẮC GIANG VÀ HẢI DƯƠNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH : CHĂN NUÔI
MÃ SỐ : 60 62 01 05
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. VŨ ðÌNH TÔN
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết với tình cảm chân thành và lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin gửi
lời cảm ơn ñến PGS.TS. Vũ ðình Tôn – Khoa Chăn nuôi và Nuôi trồng thuỷ
sản, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội - người trực tiếp hướng dẫn và
giúp ñỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo khoa Chăn nuôi và
Nuôi trồng thuỷ sản, Ban Quản lý ñào tạo Trường ðại học Nông nghiệp Hà
Nội, cán bộ nghiên cứu của Trung tâm NCLNPTNT Trường ðại học Nông
nghiệp Hà Nội ñã trực tiếp giảng dạy và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học
tập và nghiên cứu.
Ngoài ra, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới UBND các xã Phượng Hoàng,
Cẩm Vũ – huyện Cẩm Giàng - Hải Dương, UBND các xã Quang Tiến, ðại
Hóa – huyện Tân Yên - Bắc Giang, UBND huyện, Phòng Thống kê huyện
Cẩm Giàng - Hải Dương, huyện Tân Yên – Bắc Giang ñã tạo ñiều kiện thuận
lợi và giúp ñỡ tôi nơi tôi tiến hành nghiên cứu ñã cung cấp số liệu thực tế và
thông tin cần thiết ñể tôi hoàn thành luận văn này.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 2
PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1. Chất thải chăn nuôi 4
2.1.1. Khái niệm và vai trò của chất thải chăn nuôi 4
2.1.2. Phân loại chất thải chăn nuôi 4
2.2. Biogas 7
2.2.1. Khái niệm và vai trò của biogas 7
2.2.2. Tác dụng của xử lý chất thải trong chăn nuôi lợn bằng kỹ
thuật biogas 8
2.2.3. Cấu tạo chung và phân loại hầm biogas 13
2.2.4. Một số loại hầm biogas 14
2.2.5. Nguyên lý hoạt ñộng của hầm biogas 24
2.2.6. Một số yếu tố chính ảnh hưởng ñến sự hoạt ñộng của hầm
biogas 25
2.3. Tình hình nghiên cứu về xử lý chất thải chăn nuôi bằng hệ thống
PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36
4.1. Thông tin chung về ñịa bàn nghiên cứu 36
4.1.1. Các thông tin về ñiều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của 2 vùng
nghiên cứu 36
4.1.2. Tình hình chăn nuôi của 2 vùng nghiên cứu 38
4.2.Kết quả về nguồn lực gia ñình tới sự phát triển biogas 42
4.2.1. Quan hệ giữa ñộ tuổi tới sự phát triển biogas 42
4.2.2. Quan hệ giữa diện tích sử dụng ñất với sự phát triển biogas 43
4.2.3. Hệ thống sản xuất và sự phát triển biogas 44
4.2.4. Hoạt ñộng sản xuất và quy mô chăn nuôi ảnh hưởng ñến sự
phảt triển hệ thống biogas 46
4.3. Hiện trạng sử dụng chất chất thải chăn nuôi tại vùng nghiên cứu 49
4.4. Tình hình phát triển biogas ở ñịa bàn nghiên cứu 53
4.4.1. Các loại hầm biogas ñược sử dụng trong nông hộ 53
4.4.2. Mục ñích và hiệu quả từ biogas ñem lại 55
4.4.3. Mức ñộ thoả mãn nhu cầu sử dụng biogas trong nông hộ 57
FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc
HDPE High density polietylene
KSH Khí sinh học
NN&PTNT
Nông nghiệp và phát triển nông thôn
PE Polyetylen
SNV Dự án Tổ chức phát triển Hà Lan
VCK Vật chất khô
VSV Vi sinh vật
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
vii
DANH MỤC BẢNG
STT Nội dung Trang
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày ở ñộng vật 5
Bảng 2.2. Sản lượng khí của một số chất thải (lít/kg/ngày) 9
Bảng 2.3. Các loại vi khuẩn có trong phân 10
Bảng 3.1. Số lượng mẫu nghiên cứu 35
Bảng 4.1. Một số thông tin chung về 2 vùng nghiên cứu 38
Bảng 4.2. Tình hình chăn nuôi của vùng nghiên cứu 39
Bảng 4.3. Số lượng trang trại chăn nuôi ở vùng nghiên cứu 41
Bảng 4.19. Các ñiều kiện ñể các hộ chưa có biogas sẽ ñồng ý xây biogas 64Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
viii
DANH MỤC HÌNH
STT Nội dung Trang
Hình 2.1. Vòng ñời sán lá gan trâu bò 12
Hình 2.2. Cấu tạo chung của hầm biogas 13
Hình 3.1. Hầm biogas nắp cố ñịnh hình hộp 16
Hình 3.2. Kiểu hầm biogas của ðồng Nai và kiểu RDAC 17
Hình 3.3. Kiểu hầm biogas của ðại học Cần Thơ 18
Hình 3.4. Kiểu hầm NL - 6 của Viện Năng Lượng 19
Hình 3.5. Kiểu hầm KT1 và KT2 20Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
1
PHẦN I. MỞ ðẦU
1.1. Tính cấp thiết của ñề tài
môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng. Vì vậy ñể ñảm bảo môi trường, sức
khoẻ của con người và giúp cho ngành chăn nuôi phát triển bền vững thì việc
quản lý hay xử lý chất thải chăn nuôi là nhiệm vụ cấp bách không chỉ của
người chăn nuôi mà còn là nhiệm vụ của toàn xã hội
Có rất nhiều biện pháp xử lý chất thải trong chăn nuôi như phương pháp ủ
phân, phương pháp dùng bể lắng (3 ao), dùng chế phẩm sinh học, trồng cây
thuỷ sinh, ñệm lót sinh thái, sử dụng hệ thống biogas…Một trong những biện
pháp ñang ñược sử dụng rộng rãi và cho hiệu quả cao ñó là xử lý chất thải bằng
hệ thống biogas. ðây là phương pháp có nhiều ưu ñiểm như giảm chi phí lao
ñộng, tiếp kiệm diện tích ñất tối ña, giảm mầm bệnh và vật trung gian truyền
bệnh, tiếp kiệm nguồn nhiên liệu, mang lại hiệu quả kinh tế cao Tuy nhiên sự
phát triển của hệ thống biogas vẫn chưa thực sự mạnh mẽ. ðể tìm hiểu nguyên
nhân này chúng tôi tiến hành ñề tài: “ðánh giá hiện trạng sử dụng và tiềm
năng phát triển biogas ở nông hộ tại hai tỉnh Bắc Giang và Hải Dương”.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài
- ðánh giá hiện trạng sử dụng hệ thống biogas ở các nông hộ chăn nuôi ở
tỉnh Bắc Giang và Hải Dương.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới sự phát triển của hệ thống biogas
ñể xác ñịnh tiềm năng phát triển hệ thống này ở các nông hộ chăn nuôi tại Bắc
Giang và Hải Dương.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
* Ý nghĩa khoa học
Chăn nuôi lợn trong những năm gần ñây ngày càng phát triển, lượng
chất thải tạo ra càng nhiều và nguy cơ ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Vì
vậy, việc ñánh giá hiện trạng sử dụng hệ thống biogas và ảnh hưởng của các
yếu tố tới sự hoạt ñộng, phát triển của hệ thống biogas là vô cùng quan trọng.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
3
trọng trong ñời sống
2.1.2. Phân loại chất thải chăn nuôi
Chất thải trong chăn nuôi ñược chia thành 3 nhóm như sau:
a. Chất thải rắn
Chất thải rắn là hỗn hợp chất hữu cơ, vô cơ, VSV, trứng ký sinh trùng có thể
gây bệnh cho người và gia súc. Chất thải rắn gồm phân thức ăn thừa của vật
nuôi, vật liệu lót chuồng, xác súc vật chết… Ngoài ra tại lò mổ gia súc một
lượng lớn chất thải rắn ñược thải ra mà ít ñược quan tâm xử lý (gồm chất
chứa trong ñường tiêu hoá, phủ tạng không sử dụng, lông ñộng vật). ðây là
nguồn chất thải mang nhiều nguy cơ lây lan bệnh dịch và mất an toàn vệ sinh
thực phẩm. Lượng chất thải tuỳ thuộc vào loại vật nuôi, loại thức ăn, khối
lượng, khẩu phần ăn của các loài gia súc, gia cầm.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
5
Bảng 2.1. Lượng phân và nước tiểu thải ra hàng ngày ở ñộng vật
Loại gia súc, gia cầm Lượng chất thải (kg/ngày)
Trâu 18 - 25
Bò 15 - 20
Lợn 1,20 – 4
Gia cầm 0,02 – 0,05
Nguồn: Hoàng Kim Giao, (2010),
Kết quả bảng 2.1 cho thấy trâu bò là loại ñộng vật thải ra lượng chất thải
chăn nuôi rất lớn (15-20kg/ngày) nhưng trâu bò không phải là loại ñộng vật
gây ra ô nhiễm môi trường trầm trọng bởi ñó là ñộng vật tiêu hóa xơ và mật
ñộ trâu bò không lớn. Loại vật nuôi gây ra ô nhiễm môi trường chủ yếu là lợn
(lợn thải 1,2 - 4 kg/ngày).
Trong phân của vật nuôi có chứa các dưỡng chất quan trọng ñối với cây
trồng như N, P, Ca, K, Mg, Cu, Zn… Chúng tồn tại ở dạng muối hoà tan giúp
cây trồng dễ hấp thu. Tuy nhiên phân của vật nuôi có chứa một số loại vi sinh
nặng) tồn ñọng trong ñất với hàm lượng cao mà cây trồng không sử dụng
hết Tầng nước mặt bị ô nhiễm, các ñộng vật thuỷ sinh không thể sống trong
ñó, vì vậy sự ña dạng sinh vật không còn nữa. Quá trình bốc hơi nước mang
theo các khí ñộc hại ñây cũng là nơi tạo ra mùi khó chịu.
c. Chất thải khí
Chất thải khí bao gồm một số chất sau: NH
3
, H
2
S, CH
4
, CO
2
, CO,
Indol, Scatol Chất thải khí chủ yếu ñược hình thành từ quá trình phân giải
các hợp chất hữu cơ trong chất thải và một phần ñược sinh ra trong quá trình
tiêu hoá của ñộng vật nhất là ñộng vật nhai lại. Chất thải khí ñược tạo thành
và nhanh chóng phát tán trong môi trường và có tác ñộng rất lớn ñến sức khoẻ
của người và vật nuôi. Ví dụ khí NH
3
gây tổn thương niêm mạc ñường hô
hấp, niêm mạc phổi, kích thích thị giác, giảm thị lực. Khí CH
4
, CO
2
, CO với
nồng ñộ cao làm giảm quá trình tiếp nhận oxy gây nên hiện tượng ngạt thở.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
7
2
và 0
– 3% khí. H
2
S. Metan là khí cháy ñược nên khí biogas cũng cháy ñược. Có
thể nói biogas sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính và an toàn
nhằm giải quyết nhu cầu về chất ñốt sinh hoạt, tạo ñiện năng, bảo vệ môi
trường và bảo vệ sức khỏe cho cộng ñồng. Hiện nay biogas không những
ñược sử dụng ñể ñun nấu mà còn ñược sử dụng cho thắp sáng, lò sấy, máy
sấy, ñèn sưởi, bình nước nóng, tủ lạnh chạy bằng gas, chạy máy phát ñiện…
Phụ phẩm của hệ thống biogas (là những chất hữu cơ chưa phân hủy
hết) gồm váng, bã, cặn, nước xả, có thể sử dụng làm phân bón hoặc xử lý hạt
giống trước khi gieo trồng, làm thức ăn bổ sung cho gia súc, gia cầm, nuôi
trồng thủy sản, trồng nấm, nuôi giun… ðặc biệt sản phẩm phụ của biogas
dùng làm phân bón ñã tiêu hủy ñược trứng giun sán nên an toàn cho canh tác,
hạn chế côn trùng phát triển và sinh trưởng, qua ñó giúp giảm dịch hại, bảo vệ
sức khỏe người nông dân.
b. Vai trò của biogas
Chất thải nếu ñược xử lý hợp lý sẽ tạo ra nguồn năng lượng tái sinh hữu
ích và các chất dinh dưỡng dễ hấp thụ hơn cho cây trồng và vật nuôi, làm
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
8
nguyên liệu cho chu trình sản xuất khép kín tiếp theo trong hệ kinh tế sinh
thái VAC. Tuy nhiên ñể chăn nuôi phát triển bền vững thì xử lý chất thải chăn
nuôi là yêu cầu cấp thiết không chỉ là nhiệm vụ của ngành chăn nuôi mà nó là
nhiệm vụ của toàn xã hội. Ứng dụng công nghệ biogas là biện pháp tích cực
nhất trong giai ñoạn hiện nay, ñối với khu vực ñịa bàn nông thôn nhằm giải
quyết các vấn ñề sau:
- Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ ñời sống con người.
hơn chất thải của lợn ăn thức ăn tự tạo (do thức ăn tự tạo có hàm lượng xơ
trong khẩu phần cao hơn); mùa hè sinh nhiều khí biogas hơn mùa ñông; thời
gian lưu giữ nguyên liệu càng lâu thì càng nhiều khí; Phân gia súc như trâu,
bò, lợn phân hủy nhanh hơn phân gia cầm, nhưng sản lượng khí của phân gia
cầm lại cao hơn
Bảng 2.2. Sản lượng khí của một số chất thải (lít/kg/ngày)
Loại nguyên liệu Sản lượng khí hàng ngày (lít/kg/ngày)
Phân trâu 15 – 32
Phân bò 15 – 32
Phân lợn 40 – 60
Phân gia cầm 50 – 60
Phân người 60 – 70
Bèo tây tươi 0,3 – 0,5
Rơm rạ khô 1,5 – 2
Nguồn: Hoàng Kim Giao, 2010
b. Biogas tiêu diệt mầm bệnh trong chất thải chăn nuôi
Trong những năm qua tình hình dịch bệnh trên gia súc ngày càng ra
tăng trên toàn thế giới. ðặc ñiểm bệnh lây lan nhanh, khó kiểm soát nhất là
những bệnh lây lan giữa người và gia súc. Chính vì vậy việc tìm kiếm những
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
10
giải pháp làm giảm nguy cơ lây lan dịch bệnh là rất ñáng quan tâm. Trong khi
hệ thống biogas ñã thể hiện ñược ưu ñiểm của nó trong vai trò làm giảm ô
nhiễm môi trường, giảm tình trạng lây lan bệnh tật.
Chất thải chăn nuôi có chứa một số loại VSV, trứng giun sán. Chúng có
thể tồn tại vài ngày cho tới vài tháng. ðiều này ñược thể hiện rõ qua bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các loại vi khuẩn có trong phân
ðiều kiện bị diệt
Tricluris trichiura - Giun tóc 60 30
Nguồn Lê Trình (2009) (dẫn theo Bùi Hữu ðoàn và cộng sự, (2012))
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
11
Như vậy, nguy cơ lây nhiễm các loài ký sinh trùng từ chất thải chăn
nuôi cho con người là rất lớn. Trong khi ñó hệ thống xử lý chất thải biogas
không chỉ làm giảm lượng chất thải chăn nuôi mà còn có tác dụng tiêu diệt
nhiều loài ký sinh trùng gây bệnh. Trong ñiều kiện yếm khí của hệ thống
biogas ñã có tác dụng tiêu diệt nhiều loài VSV và ký sinh trùng.
Trong quá trình phát triển ña số VSV gây bệnh ñều sống trong ñiều
kiện hiếu khí. Chúng lấy oxy phục vụ cho hoạt ñộng sống ñó là quá trình hô
hấp. Nhưng trong hầm biogas lượng O
2
rất thấp chiếm 0 – 3% (theo Cục Chăn
nuôi 2011). Vì vậy VSV không có oxy ñể thực hiện quá trình hô hấp (hoạt
ñộng sống của chúng) từ ñó chúng bị tiêu diệt.
Hầu như mọi VSV gây bệnh cho người và ñộng vật ñều là VSV ưa ẩm.
Nhiệt ñộ thích hợp cho các VSV này phát triển là từ 20 – 45
0
C, dưới 4
0
C
chúng gần như không hoạt ñộng, trên 45
0
C một số ñã bị tiêu diệt (theo
Nguyễn Lân Dũng và Bùi Thị Việt Hà, 2009). Trong hầm biogas nhiệt ñộ lên
tới 55
0
C cùng với ñộ ẩm cao (không khí gần như bão hoà) làm tiêu diệt VSV
một vòng ñời của sán lá gan trâu bò.
Hình 2.1. Vòng ñời sán lá gan trâu bò
Nguồn: Bách khoa toàn thư
Theo Nguyễn Minh Tiền (2009) có 93,45 - 100% trứng giun sán bị tiêu
diệt trong hệ thống biogas.
Trong ñiều kiện của hệ thống biogas chỉ có những VSV yếm khí phát
triển mạnh ñể lên men phân giải các chất dinh dưỡng dư thừa. VSV hiếu khí
thường không có ñiều kiện thuận lợi ñể phát triển. Chính vì vậy, sử dụng hệ
thống biogas ñể xử lý chất thải có thể tiêu diệt ña số các VSV hiếu khí
(E.Coli, Salmonella, Coliform Theo Nguyễn Minh Tiền (2009) nước thải
sau biogas lượng COD, BOD giảm 36,37%, coliform giảm 57,9%, E.coli
giảm 90,04%. và Salmonella
giảm 33.33%.Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
13
Như vậy hệ thống biogas không chỉ ñược ứng dụng không chỉ làm giảm
nguy cơ gây ô nhiêm môi trường do giảm lượng khí CH
4
ñào thải vào không
khí mà trong ñiều kiện của biogas thí nhiều loài VSV gây bệnh cũng bị tiêu
diệt bên cạnh ñó nó còn làm giảm lượng ñộc tố có trong nước thải
c. Biogas làm giảm ñộng vật trung gian truyền bệnh
Những ñộng vật như ruồi, muỗi, chuột, gián… là vật chủ trung gian
truyền bệnh cho người và ñộng vật. Chúng mang mầm bệnh phát tán khắp nơi
do sự di chuyển tự do từ nơi này ñến nơi khác. Chất thải chăn nuôi chưa ñược
*Phân loại hầm biogas
Tùy theo cách phân loại ta có các kiểu hầm biogas khác nhau.
- Phân loại theo phần chứa khí gồm hầm nắp nổi và hầm nắp cố ñịnh.
- Phân loại theo cách thức nạp nguyên liệu có hầm nạp liên tục và hầm
nạp theo mẻ
- Phân loại theo cách xây dựng có hầm chế tạo sẵn và hầm xây tại chỗ.
- Nếu phân loại hầm biogas theo chất liệu thì có các loại hầm sau: hầm
gạch, hầm composite, hầm nilon, hầm HDPE. ðây là cách phân loại rõ ràng
và thường ñược gọi tên nhất.
Trường ðại Học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp
15
2.2.4.1. Hầm gạch
Là loại hầm biogas ñược xây bằng gạch và xi măng. Hầm có cấu trúc
vững và ñộ bền cao, biogas sinh ra có áp suất cao. Tùy theo nhu cầu xử lý của
hộ chăn nuôi (tùy số lượng ñàn gia súc, gia cầm) mà thiết kế thể tích bể chứa
cho phù hợp ñể xử lý. Cấu tạo của bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình
chóp cụt, bể ñiều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy ñịa hình.
- Ưu ñiểm:
+ Áp suất khí gas lớn nên hiệu quả sử dụng khí cao
+ Tương ñối bền so với các vật liệu khác
+ Kết cấu dưới mặt ñất nên nhiệt ñộ ổn ñịnh và tiết kiệm diện tích.
+ Xây dựng tại chỗ dễ dàng và vật liệu có sẵn ở ñịa phương
+ Giá thành xây dựng tương ñối rẻ.
Nhược ñiểm
+ Cần phải có kỹ thuật viên có tay nghề cao
+ Dễ bị lún, nứt và làm dò khí ra ngoài
+ Không xây ñược ở những vùng ñất trũng, dễ lở, lún.
+ Khi ñã hỏng thì khó sửa
Tùy theo hình dạng hình học bể phân giải có thể chia ra các loại hầm
trợ phát triển nông thôn (RDAC) thiết kế với sự thay ñổi bể phân hủy hình trụ
thành hình hộp, nắp bán cầu composite. Loại này tuy dễ xây dựng, vòm kín
khí, nhưng giá thành cao, các thông số kỹ thuật chưa hợp lý, nhiều nhược
ñiểm
Copyright: Tài liệu đại học ©