ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN TIẾN ĐÔNG

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ÁP DỤNG BIỆN PHÁP
SINH HỌC TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI
TRÊN ĐỊA BÀN CÁC XÃ PHÍA TÂY
THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
Chuyên ngành: Khoa học môi trường
Mã số: 60 44 03 01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Nhuận

Thái Nguyên - 2014


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi, những số liệu
và kết quả trong luận văn này là hoàn toàn trung thực, chưa hề được sử dụng
để bảo vệ một học vị nào.
Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các
thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tác giả

Nguyễn Tiến Đông

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ii
MỤC LỤC............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CỤM TỪ, CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH....................................................................................vii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu ...............................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................3
3. Ý nghĩa của đề tài.............................................................................................3
3.1. Ý nghĩa khoa học ..........................................................................................3
3.2. Ý nghĩa thực tiễn...........................................................................................3
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................4
1.1. Cơ sở khoa học..............................................................................................4
1.1.1. Đặc điểm chất thải chăn nuôi ..................................................................4
1.1.2. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi ...................9
1.2. Cơ sở pháp lý .............................................................................................. 17
1.3. Cơ sở thực tiễn ............................................................................................ 18
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam........................................................ 18
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ....................................................... 27
1.3.3. Tình hình nghiên cứu ở Thái Nguyên...................................................29
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....31
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................ 31
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................31
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................31
2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................31
2.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................................31
2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp ...................................................31
2.3.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp .....................................................31


v

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ, CÁC TỪ VIẾT TẮT

BHYT

: Bảo hiểm y tế

BVMT

: Bảo vệ môi trường

BOD5

: Nhu cầu oxy sinh hóa

COD

: Nhu cầu oxy hóa học

CTKSH

: Công trình khí sinh học

ĐVT

: Đơn vị tính

FAO


VAC

: Vườn ao chuồng


vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Lượng phân và nước tiểu của 1 số gia súc, gia cầm thải ra trong 24h ..................5
Bảng 1.2. Thành phần (%) của phân gia súc gia cầm ..........................................................5
Bảng 1.3. Các loại vi khuẩn có trong phân..........................................................................6
Bảng 1.4. Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg.............................7
Bảng 1.5. Tốc độ tăng trưởng nông nghiệp hàng năm ....................................................... 18
Bảng 3.1. Nhiệt độ và độ ẩm trung bình tháng năm 2013 tại TP. Thái Nguyên .................35
Bảng 3.2. Tình hình chăn nuôi của 5 xã phía Tây TP. Thái Nguyên năm 2013..................43
Bảng 3.3. Lượng chất thải trung bình của vật nuôi........................................................... 45
Bảng 3.4. Tính lượng chất thải trung bình của vật nuôi trên địa bàn các xã ...................... 46
Bảng 3.5. Nhận thức của người dân về các biện pháp sinh học trong xử lý chất thải
chăn nuôi ........................................................................................................47
Bảng 3.6. Tình hình áp dụng các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi của các hộ
điều tra............................................................................................................49
Bảng 3.7. Tổng chi phí đầu tư cho biogas .........................................................................52
Bảng 3.8. So sánh một số chất đốt/ 1m3 khí sinh học. ....................................................... 53
Bảng 3.9. So sánh hiệu quả kinh tế khi sử dụng biogas ..................................................... 53
Bảng 3.10. Phân tích về mặt kinh tế của biogas ................................................................ 54
Bảng 3.11. Tổng chi phí cho ủ phân .................................................................................54
Bảng 3.12. Chi phí sử dụng chế phẩm đối với diện tích 20m2 nền chuồng ........................ 55
Bảng 3.13. Tổng chi phí làm đệm lót cho 20m2 chất thải chăn nuôi gà............................. 55

lượng lẫn quy mô. Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ, thiếu quy hoạch,
nhất là các vùng dân cư đông đúc đã gây ra ô nhiễm môi trường ngày càng trầm
trọng. Ô nhiễm môi trường do chăn nuôi gây nên chủ yếu từ các nguồn chất thải
rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không
đúng kỹ thuật. Một kết quả kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn trong chuồng nuôi gia súc
cho thấy, tổng số vi khuẩn trong không khí ở chuồng nuôi cao gấp 30 - 40 lần so với
không khí bên ngoài (Đào Lệ Hằng, 2009) [10].
Đối với các cơ sở chăn nuôi, các chất thải gây ô nhiễm môi trường có ảnh
hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ
mắc bệnh, các chi phí phòng trị bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế... Sức đề
kháng của gia súc, gia cầm giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh. Vì
vậy, WHO khuyến cáo phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi
trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng
cường sức khỏe các đàn giống. Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường do vi
sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) là đặc biệt nguy hiểm, vì nó sẽ làm phát sinh
các loại dịch bệnh như ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1...


2

Theo tính toán thì lượng chất thải rắn mà các vật nuôi có thể thải ra
(kg/con/ngày) là: bò 10, trâu 15, lợn 2, gia cầm 0,2. Do vậy hàng năm, đàn vật nuôi
Việt Nam thải vào môi trường khoảng 73 triệu tấn chất thải rắn (phân khô, thức ăn
thừa) và 25 - 30 triệu khối chất thải lỏng (phân lỏng, nước tiểu và nước rửa chuồng
trại). Trong đó, khoảng 50% lượng chất thải rắn (36,5 triệu tấn), 80% chất thải lỏng
(20 - 24 triệu m3) xả thẳng ra môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý sẽ gây ô
nhiễm môi trường nghiêm trọng. Ước tính một tấn phân chuồng tươi với cách quản
lý, sử dụng như hiện nay sẽ phát thải vào không khí khoảng 0,24 tấn CO2 quy đổi
thì với tổng khối chất thải nêu trên sẽ phát thải vào không khí 17,52 triệu tấn CO2.
Các nhà nghiên cứu đã ước tính được rằng chăn nuôi gây ra 18% khí gây hiệu ứng

chăn nuôi trên địa bàn các xã phía Tây thành phố Thái Nguyên”
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Điều tra, thu thập thông tin về tình hình chăn nuôi trên địa bàn các xã phía
Tây thành phố Thái Nguyên.
- 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.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Cung cấp cơ sở lý luận về áp dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải
chăn nuôi nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Ứng dụng biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi đạt hiệu quả.
- Là cơ sở để các nhà quản lý, lãnh đạo và các ban ngành tham khảo để đưa ra
các phương hướng để phát triển tiềm năng thế mạnh, giải quyết những khó khăn, trở
ngại nhằm phát triển chăn nuôi.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cơ sở khoa học
1.1.1. Đặc điểm chất thải chăn nuôi
Chất thải từ các trại chăn nuôi là nguồn ô nhiễm cho môi trường sống của
người và gia súc. Chất thải chăn nuôi chia ra thành 3 nhóm:
+ Chất thải rắn: Phân, chất độn, thức ăn thừa, ...
+ Chất thải lỏng: nước tiểu, nước rửa chuồng, tắm rửa gia súc, …
+ Chất thải khí: CO2, NH3, CH4…


Lợn (15-45 kg)

1,0 – 3,0

0,7 - 2,0

Lợn (45-100 kg)

3,0 – 5,0

2,0 – 4,0

Trâu

18 - 25

8,0 - 12

Bò

15 - 20

6,0 - 10

Dê

1,5 – 2,5

0,6 – 1,0


Lợn

82.0

0.60

0.41

0.26

0.09

0.10

Trâu, bò

83.14

0.29

0.17

1.00

0.35

0.13

Gà

Bảng 1.3. Các loại vi khuẩn có trong phân
Loại vi khuẩn

Số lượng

Gây bệnh

Điều kiện bị diệt
Nhiệt độ
Thời gian
0
( C)
(phút)
55
30

Salmonella typhi

Thương hàn

Salmonella typhi A$B

Phó thương hàn

55

30

Shigella spp


Taenia saginata

Sán

50

3-5

Micrococcus

Ung nhọt

54

10

50

10

Sreptococcus

102/100ml Làm mủ

Ascaris lumbrucoides

-

Giun đũa


45

10

Corynerbavterium

-

Bại liệt

65

30

Giardia lamblia

-

Tiêu chảy

60

30

Tricluris trichiura

-

Giun tóc


Vật chất khô

g/kg

30,9 – 35,9

NH4+

g/kg

0,13 – 0,4

N tổng

g/kg

4,90 – 6,63

Tro

g/kg

8,5 – 16,3

Urê

g/kg

123 – 196


Các kim loại nặng như asen, chì, cadimi, thủy ngân... cũng có thể lẫn trong
thức ăn chăn nuôi và đi vào động vật khi con vật ăn các loại thức ăn này. Thức ăn
chăn nuôi lẫn kim loại nặng có thể là do sử dụng hóa chất diệt mối, mọt trong kho,
sử dụng bột cá chế biến từ cá nhiễm các kim loại nặng. Các chất khoáng bổ sung
vào thức ăn không những gây những tác hại về vệ sinh an toàn thực phẩm mà còn
gây tác hại về môi trường.
Chẳng hạn, trong chăn nuôi lợn thịt người ta thường đưa thêm đồng vào thức
ăn, đồng có tác dụng kích thích tăng trưởng như kháng sinh. Lượng đồng bổ sung
vào thức ăn cho lợn có thể cao tới 400 ppm (400 mg/kg thức ăn), chỉ một phần đồng
hấp thu được sử dụng vào quá trình chuyển hóa, một phần lớn thải ra ngoài theo
phân, gây ô nhiễm đất và nước (GS. Vu Duy Giảng, 2006) [8].
1.1.1.4. Khí thải
Trong bầu tiểu khí hậu chuồng nuôi, thành phần không khí có nhiều biến đổi
do khí thể gia súc thở ra làm cho hàm lượng nitơ và cacbonic tăng cao, lượng oxy
giảm thấp, hơi nước thì bão hòa. Ngoài ra, còn các chất khí độc hại bải tiết ra ngoài
qua đường tiêu hóa như CH4, H2S...
Sự phân giải các chất hữu cơ có trong thức ăn thừa, trong phân và nước tiểu của
gia súc tạo thành các khí thể độc hại bay hơi như NH3, H2S, CO2. Đó là nguyên nhân
chính gây ô nhiễm bầu tiểu khí hậu chuồng nuôi (TS. Đặng Xuân Bình, 2006) [4].


9

1.1.2. Các loại biện pháp sinh học trong xử lý chất thải chăn nuôi
1.1.2.1. Sử dụng hầm ủ biogas
a. Khí sinh học
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 một hỗn hợp bao gồm
metan, cacbon dioxit, nitơ, hydro sunfua…

khoảng 30-160 g/m3; hàm lượng H2S 4-6 g/m3.
d. 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 enzym để làm chất xúc tác cho phản ứng sinh
học. Hoạt động của các enzym này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng ( hay còn gọi là
điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quá 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 của các thành phần dạng vết, tốc độ oxy hóa
khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu trong hầm.
e. Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam
* Loại nắp nổi khí
Bộ phận chứa là một nắp có dạng một cái thùng, được úp trực tiếp vào dịch
phân hủy. Khí sinh ra ở bể phân hủy được thu giữ ở lắp và làm cho lắp nổi lên. Khí
được tích lại càng nhiều thì nắp càng nổi cao. Trọng lượng của nắp tạo ra áp suất
nén vào khí. Khi lấy khí sử dụng, nắp sẽ chìm dần xuống. Khi nạp nguyên liệu mới
qua ở đầu vào qua bể nạp thì nguyên liệu đã phân hủy sẽ tràn ra qua lối ra. Kiểu này
đã được cải tiến ở một số nước bằng cách xây thêm vài vành đai chứa nước quanh
cổ bể phân hủy và úp nắp vào đây để phân hoàn toàn được che kín, không tiếp xúc
với không khí, đảm bảo kỵ khí tốt hơn, tránh cho phân phải chịu tác dộng trực tiếp
của mưa nắng.
* Loại nắp cố định
Bộ phận chứa khí và bể phân hủy được gắn liền với nhau thành một bể kín.
Khí sinh ra được tích lại ở phía trên sẽ tạo ra áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy,
đẩy một phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp được nối với lối ra. Giữa bề mặt
dịch phân hủy trong bể và mặt thoáng ở ngoài không khí có một độ chênh nhất


11

định, thể hiện áp suất khí trong thiết bị. Khí tích lại càng nhiều thì độ chênh này

nhanh chóng cung cấp chất dinh dưỡng cho cây.
Mặt khác, trong phân tươi tỷ lệ C/N cao, là điều kiện thuận lợi cho các loài vi
sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ ở các giai đoạn đầu hoạt động mạnh. Chúng sẽ sử
dụng nhiều chất dinh dưỡng nên có khả năng tranh chấp chất dinh dưỡng với cây.
Ủ phân làm cho trọng lượng phân chuồng có thể giảm xuống, nhưng chất
lượng phân chuồng tăng lên. Sản phẩm cuối cùng của quá trình ủ phân là loại phân
hữu cơ được gọi là phân ủ, trong đó có mùn, một phần chất hữu cơ chưa phân huỷ,
muối khoáng, các sản phẩm trung gian của quá trình phân huỷ, một số enzym, chất
kích thích và nhiều loài vi sinh vật hoại sinh.


13

Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ở nước ta với ẩm độ cao, nắng nhiều, nhiệt
độ tương đối cao, quá trình phân huỷ các chất hữu cơ diễn ra tương đối nhanh… Sử
dụng phân chuồng bán phân giải là tốt nhất, bởi vì ủ lâu phân ủ sẽ mất nhiều đạm.
Chất lượng và khối lượng phân ủ thay đổi nhiều tuỳ thuộc vào thời gian và
phương pháp ủ phân. Thời gian và phương pháp ủ phân ảnh hưởng đến thành phần
và hoạt động của tập đoàn vi sinh vật phân huỷ và chuyển hoá chất hữu cơ thành
mùn, qua đó mà ảnh hưởng đến chất lượng và khối lượng phân ủ.
Để đảm bảo cho các quá trình hoạt động của vi sinh vật được tiến hành
thuận lợi, nơi ủ phân phải có nền không thấm nước, cao ráo, tránh ứ đọng nước
mưa. Đống phân ủ phải có mái che mưa và để tránh mất đạm. Cạnh nơi ủ phân
cần có hố để chứa nước từ đồng phân chảy ra. Dùng nước phân ở hố này tưới
lại đống phân để giữ độ ẩm cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi cho tập đoàn vi
sinh vật hoạt động mạnh (Nguyễn Khoa Lý, 2008) [16].
b. Các phương pháp ủ phân
Có 3 phương pháp ủ phân:
* Ủ nóng : Khi lấy phân ra khỏi chuồng để ủ, phân được xếp thành từng lớp ở
nơi có nền không thấm nước, nhưng không được nén. Sau đó tưới nước phân lên,

chặt ngay. Để như vậy cho vi sinh vật hoạt động mạnh trong 5 – 6 ngày. Khi nhiệt
độ đạt 50 – 60 oC tiến hành nén chặt để chuyển đống phân sang trạng thái yếm khí.
Sau khi nén chặt lại xếp lớp phân chuồng khác lên, không nén chặt. Để 5 – 6
ngày cho vi sinh vật hoạt động. Khi đạt đến nhiệt độ 50 – 60 oC lại nén chặt.
Cứ như vậy cho đến khi đạt được độ cao cần thiết thì trát bùn phủ chung
quanh đống phân. Quá trình chuyển hoá trong đống phân diễn ra như sau: ủ nóng
cho phân bắt đầu ngấu, sau đó chuyển sang ủ nguội bằng cách nén chặt lớp phân để
giữ cho đạm không bị mất.
Để thúc đẩy cho phân chóng ngấu ở giai đoạn ủ nóng, người ta dùng một số
phân khác làm men như phân bắc, phân tằm, phân gà, vịt… Phân men được cho
thêm vào lớp phân khi chưa bị nén chặt.
Ủ phân theo cách này có thể rút ngắn được thời gian so với cách ủ nguội,
nhưng phải có thời gian dài hơn cách ủ nóng.
Tuỳ theo thời gian có nhu cầu sử dụng phân mà áp dụng phương pháp ủ phân thích
hợp để vừa đảm bảo có phân dùng đúng lúc vừa đảm bảo được chất lượng phân
(Nguyễn Khoa Lý, 2008) [16].


15

1.1.2.3. Phương pháp sử dụng chế phẩm sinh học
Có rất nhiều loại chế phẩm hiện đang sử dụng trên thị trường như E.M, TMT,
Biomix,…trong đó được sử dụng rộng rãi nhất là E.M.
a. Khái niệm chế phẩm E.M
E.M (Effective Microorganisms) có nghĩa là các vi sinh vật hữu hiệu. Chế
phẩm này do Giáo sư Tiến sĩ Teruo Higa - trường Đại học Tổng hợp Ryukyus,
Okinawoa, Nhật Bản sáng tạo và áp dụng thực tiễn vào đầu năm 1980. Trong chế
phẩm này có khoảng 80 loài vi sinh vật kị khí và hiếu khí thuộc các nhóm: vi khuẩn
quang hợp, vi khuẩn lactic, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn. 80 loài vi sinh vật này
được lựa chọn từ hơn 2000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực

nước và khí cabonic(CO2).
Những nguyên liệu này hoàn toàn có sẵn trong tự nhiên, nhưng hiện tại nông
nghiệp vẫn còn ở tình trạng hiệu quả thấp do hiệu suất sử dụng năng lượng mặt trời
của cây trồng còn thấp. Tình theo lý thuyết, tỷ lệ sử dụng năng lương mặt trời có thể
đạt 10-20%, nhưng thực tế cho đến nay chỉ mưói nhỏ hơn 1%. Tác giả tìm cách đưa
vi khuẩn quang hợp vào trong chế phẩm E.M nhằm làm tăng khả năng và công suất
quang hợp cho cây trồng thông qua việc sử dụng ánh sáng có bước sóng từ 7001200mm, mà cây xanh bình thường không có khả năng sử dụng sóng này.
- Nguyên lý thứ 2:
Các vi sinh vật có khả năng phân huỷ các hợp chất hữu cơ để phóng thích ra hồn
hợp tổng hợp như: Amino acid…, cho cây trồng. Do vậy làm tăng hiệu quả của các chất
hữu cơ . Tác giả lựa chọn đưa các vi sinh vật có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ vào
chế phẩm chình là nhân tố chìa khoá để đẩy mạnh khả năng sản xuất của cây trồng thông
qua con đường khai thác đặc tính có sẵn của các chất hữu cơ.
Từ hai nguyên lý cơ bản cho thấy: Nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời và các vi sinh
vật có ích, các chất hữu cơ được phân giải. cứ như vậy hiệu quả sử dụng năng lượng ánh
sáng mặt trời sẽ tăng lên và sức sản xuất của cây trồng cũng tăng lên.
- Nguyên lý thứ 3:
Trong tự nhiên có khoảng 5-10 vi sinh vật có lợi, 5-10% vi sinh vật có hại và có tới
80-90% vi sinh vật ở dạng trung gian. Đưa tăng cường vi sinh vật có lợi vào tự nhiên, có
tác dụng lôi kéo vi sinh vật trung gian chuyển sang có ích. Vì vậy khi đưa chế phẩm EM


17

vào, vi sinh vật có ích sẽ tăng lên 8-9 lần so với bình thường. EM được coi như nhà lãnh
đạo điều tiết các vi sinh vật có ích phát triển (Bùi Hữu Đoàn và cs, 2011) [7].
1.2. Cơ sở pháp lý
Công tác quản lí Nhà nước về môi trường phải được dựa trên các văn bản
pháp luật, pháp qui của các cơ quan quản lí Nhà nước. Từ năm 1993 đến nay đã có
các văn bản chính sau trong lĩnh vực quản lí Nhà nước về bảo vệ môi trường