ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN TRUNG BẮC

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP
NHÂN RỘNG HẦM KHÍ SINH HỌC (BIOGAS)
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TẠI
•

HUYỆN YÊN SƠN, TỈNH TUYÊN QUANG

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

THÁI NGUYÊN - 2015


TRẦN TRUNG BẮC

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ GIẢI PHÁP
NHÂN RỘNG HẦM KHÍ SINH HỌC (BIOGAS)
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TẠI
HUYỆN YÊN SƠN, TỈNH TUYÊN QUANG
Ngành: Phát triển nông thôn
Mã số: 60 62 01 16

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. ĐINH NGỌC LAN




Công nghiệp - Tiểu thủ công nghiệp

GSGC

Gia súc gia cầm

GTSX

Giá trị sản xuất

KSH
NTTS

Khí sinh học
Nuôi trồng thủy sản

VAC

Vườn ao chuồng

VSV

Vi sinh vật

UBND

Ủy ban nhân dân

DANH MỤC CÁC HÌNH

Tuy nhiên, công nghệ hầm khí Biogas trong chăn nuôi hiện nay ở huyện Yên
Sơn chưa được áp dụng rộng rãi, người

dân địa phương còn gặp


6

rất nhiều khó khăn đặc biệt là vấn đề ứng dụng chuyển giao công nghệ, vấn đề về
vốn để xây dựng hầm... Vì vậy, việc triển khai công nghệ hầm khí Biogas tới các
nông hộ đang là vấn đề mà cả người dân và các cấp chính quyền địa phương đang
quan tâm để giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên
cứu thực trạng và giải pháp nhân rộng hầm khí sinh học (BIOGAS) trong xử lý
chất thải chăn nuôi tại huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang" làm đề tài
nghiên cứu nhằm góp phần đưa ra được những giải pháp tích cực để mở rộng quy
mô và phạm vi áp dụng công nghệ hầm khí Biogas có hiệu quả trong thời gian tới.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1.

Mục tiêu chung

Trên cơ sở nghiên cứu thực trạng áp dụng công nghệ hầm khí Biogas vào
chăn nuôi hiện nay ở huyện Yên Sơn, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia
đình trong quá trình sử dụng. Từ đó đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục khó
khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng cường ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas
vào chăn nuôi tại địa phương.
2.2.
-


tỉnh Tuyên Quang trong thời gian qua; đề xuất các giải pháp có tính khả thi góp phần
đẩy mạnh việc xây dựng và sử dụng công nghệ hầm khí Biogas ở huyện Yên Sơn
trong thời gian tới. Vì vậy, đây là luận cứ khoa học phục vụ
đạo,

chỉ

đạo của huyện

cho

trong việc triển

sự

lãnh

khai xây

dựng và sử dụng công trình khí sinh học trong chăn nuôi tại địa phương.


Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Cơ sở lý luận

1.1.1.


TT

Loại gia súc

Lượng phân chuông/ năm

1

Lợn

1,8-2,0 tấn/con/năm

2
3

Dê

0,8-0,9 tấn/con/năm

Trâu, bò

8,0-9,0 tấn/con/năm

4

Ngựa

6,0-7,0 tấn/con/năm

Nguồn: Tài liệu hỏi đáp về công nghệ khí sinh học (2009) [8, tr.14] Bảng 1.2:

4

Gia cầm

0,02-0,05

5

Người

0
0,3-1,0

0,2-0,4

Nguồn: Tài liệu hỏi đáp về công nghệ khí sinh học (2009) [8, tr. 15] Bảng 1.3: Tỷ
lệ cacbon/nitơ của các loại nguyên liệu
T
T
1

Nguyên liệu

C/N

Nước tiểu

0,8

2


5

Chất thải của gà

7

1
0

Rác thải rau xanh

35

Chất thải của người
Rơm lúa khô

C/N
8
70

\---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------

Nguồn: Tài liệu hỏi đáp về công nghệ khí sinh học (2009) [8, tr.20]
1.1.2.

Khả năng sản sinh Biogas
Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbohydrat, xenlulo

(trừ dầu khoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành Biogas (CH 4,


Dê/cừu
4

Chất thải của lợn

63

1 Phân lợn
1
5 Chất thải của người
72
1 Phân người
2
Chất
thải
của
gà
74
1 Bèo tây
6
3
7 Rác rau xanh
30-40
1 Rơm, rạ khô
4
Nguồn: Tài liệu hỏi đáp về công nghệ khí sinh học (2009) [8, tr.28]

130
194

giản và tan được như glucozơ. Giai đoạn này gọi là thủy phân và các vi khuẩn tham
gia được gọi là vi khuẩn thủy phân.
Các nhóm vi sinh vật đầu tiên tham gia vào quá trình thủy phân (hydrolysis)
cacrbon hydrat, lipid và protein để tạo ra các thành phần đơn giản hơn là đường,
axit béo và các axit amin.
-

Giai đoạn hình thành axit
Các chất đơn giản được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân giải thành các axit

hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như axit axetic, axit propinic, axit butyric... các
aldehyt, rượu và một số khí như nitơ, hiđrô, ddioxxit cacsbon, amoniac... giai đoạn
hai được gọi là giai đoạn sinh axit và nhóm các vi khuẩn tham gia được gọi là vi
khuẩn sinh axit để tạo ra axitcacbon, rượu, hydrogen, CO 2 và NH3. Tiếp đến là quá
trình sinh axêtôn để tạo ra H2, axit axêtic và CO2.
Các vi khuẩn thủy phân và sinh axit là kỵ khí không bắt buộc. Chúng phát
triển tương đối nhanh. Các phản ứng thủy phân và sinh axit xảy ra một cách nhanh
chóng và đồng bộ trong cùng một pha là pha axit (gồm 2 giai đoạn thủy phân và
sinh axit). Ở giai đoạn này do sinh nhiều axit nên pH của môi trường giảm mạnh.
- Giai đoạn lên men metan
Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình, các axit hữu cơ và
các hợp chất đơn giản là sản phẩm của giai đoạn 2 được biến thành khí mêtan,
đioxit cacbon, oxy, nitơ, hyđrô sunfua... cuối cùng là quá trình sinh khí mêtan để


tạo ra CH4 và CO2. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn sinh mêtan, xảy ra do tác
động của vi khuẩn gọi là vi khuẩn mê tan(methanogenesis), thường thuộc Cổ khuẩn
(Archae) và gồm hai nhóm: Nhóm ưa ấm với nhiệt độ thích hợp nhất là 37 0C - 410C
và nhóm ưa nhiệt với nhiệt độ thích hợp nhất là 50 0C - 520C. Khi lên men chúng có
thể nâng nhiệt độ cơ chất lên đến 700C.

pH, thời gian

tỷ lệ C/N, Hàm lượng

lưu, loại

chất khô, yếu tố gây độc và khuấy đảo.

Các giá trị tối ưu đối với quá trình sản sinh KSH như sau:
Bảng 1.5: Điều kiện tối ưu cho quá trình tạo KSH
TT

của phản ứng sinh

Yếu tố ảnh hưởng

Giá trị tối ưu

1

Nhiệt độ (oC)

35 - 40

2

PH

6,8 - 7,5


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. Quá trình phân giải kỵ khí có thể xảy ra trong giới hạn nhiệt độ từ
30C tới 700C. Nói chung nhiệt độ càng cao thì quá trình phân giải xảy ra càng nhanh.
Đối với các thiết bị khí sinh học đơn giản, nhiệt độ tối ưu là 35 0C - 400C. Chúng
không có thiết bị giữ nhiệt ổn định nên nhiệt độ dịch phân giải biến đổi theo nhiệt độ khí
quyển và chỉ hoạt động có hiệu quả khi nhiệt độ trung bình năm vào khoản 20 0C trở lên
hoặc nhiệt độ trung bình ngày ít nhất là 18 0C. Khi nhiệt độ trung bình năm xuống dưới


150C thì thiết bị không còn hiệu quả kinh tế nữa, khi nhiệt độ dưới 10 0C quá trình sinh
khí mêtan hầu như ngừng hẳn.
Đối với các thiết bị xây ngầm dưới đất, sự thay đổi giữa ngày và đêm không bị
ảnh hưởng lớn vì nhiệt độ của dịch phân giải biến đổi theo nhiệt độ của đất.
từ

1m

trở xuống

Ở độ sâu

thực tế nhiệt độ của đất thay đổi không

đáng kể. Do đó xây hầm Biogas ngầm ở dưới đất giữ nhiệt độ ổn định hơn.
Quá trình sinh mêtan

rất

nhạy cảmvới sự



chất lỏng đi vào và lưu tại hầm phân hủy). Đại lượng này được tính bằng tỷ
thể tích hầmphânhủy và

thể tích nguyên liệu đi vào

số giữa
hầm

trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày.
Vd (Thể tích hầm phân hủy (m3))
T (ngày)

L(Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m3 /ngày))

Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho vi khuẩn có tốc độ phát triển
chậm nhất có thể tái sinh. Thời gian lưu nhỏ nhất là khoảng thời gian mà chất rắn trong
hầm đảm bảo được tính ổn định tốt. Nếu thời gian lưu chỉ còn
một nửa so với yêu cầu, lượng khí Biogas sinh ra sẽ giảm và quá trình phân hủy khi đó
sẽ ngưng trệ do số lượng vi khuẩn cấy được giảm đến giá trị mà chúng không còn hiệu
quả nữa. Nếu thời gian lưu nước lớn hơn 10 ngày, ở
nhiệt độ 350C, lượng Biogas sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định, 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. Nếu yếu tố an toàn vệ sinh và sức khỏe được xem xét đến thì các giá trị
này phải lớn hơn ngưỡng giá trị nhỏ nhất.
Quá trình phân hủy hoặc lên men của chất hữu cơ dưới điều kiện kỵ khí
diễn ra rất chậm, do đó những cơ chất này phải được duy trì trong hầm ủ


quả. Ở Việt Nam ta chọn thời gian lưu ít nhất phải bằng giá trị sau:
Bảng1.6: Thời gian nguyên liệu lưu lại trong hầm đối với phân động vật
Nhiệt độ trung bình về

Thời gian lưu (ngày)

I

mùa đông (0C)
10-15

55

II

15-20

40

III

>20

30

Vùng

Thời gian lưu đối với nguyên liệu thực vật thường được chọn là 100 ngày
- Tỷ lệ C/N


Bảng 1.7: Tỷ lệ cacbon/nitơ của các loại nguyên liệu
T
Nguyên liệu
C/N
T
Nguyên liệu
T
T
1 Nước tiểu
0,8
6 Chất thải của người
7 Rơm lúa khô
2 Chất thải của bò
20
3

Chất thải của trâu

4

Chất thải của lợn

20
13

5

Chất thải của gà

7

Chất
TT
Nguyên liệu
T
khô
Nước tiểu
5
Chất thải của
1
6
người
2
3

Chất thải của bò
Chất thải của trâu

16
15

4

Chất thải của lợn

5

Chất thải của gà

Chất khô
20

ưu vào khoản 7-10%. Khi nguyên liệu đầu vào có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị
tối ưu thì khi nạp nguyên liệu vào thiết bị KSH cần phải pha thêm nước. Tùy theo
hàm lượng chất khô của nguyên liệu, tỷ lệ pha loãng thích
chất thải động

hợp đối với

vật là 1-2lít/kg đối

với phân

nguyên là 3 - 4lít/kg.
-

Khuấy đảo dịch phân giải
Khuấy đảo dịch phân

giải làm cho nguyên liệu mới nạp tiếp súc với
vi

khuẩn khiến các phản ứng xảy ra mạnh hơn. Khuấy đảo cũng có tác dụng hạn chế
hình thành váng. Vì vậy khuấy đảo có tác dụng làm tăng năng suất sinh khí.
-

Thành phần gây độc
Nồng độ cao của amonia, 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


cũng như chất thải trong sinh hoạt thì việc ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas là
biện pháp tích cực và hữu ích nhất trong giai đoạn hiện nay đối với khu vực địa bàn
nông thôn trong cả nước nói chung và khu vực địa bàn nông thôn tỉnh Tuyên Quang
nói riêng, nhằm giải quyết các vấn đề sau:
-

Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ đời sống con người.

-

Giữ gìn và bảo vệ môi trường vệ sinh trong sạch trong các khu vực cộng đồng
nông thôn qua đó góp phần gìn giữ bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khỏe của
toàn xã hội thông qua việc giảm ô nhiễm môi trường sản xuất, cung cấp sản
phẩm nông nghiệp sạch.

-

Tăng thu nhập cho các hộ gia đình thông qua việc giảm chi phí về nhu cầu
chất đốt phục vụ trong sinh hoạt hàng ngày.

-

Tạo nguồn phân bón hữu cơ vi sinh, giảm bớt sử dụng phân hóa học, qua đó
giảm bớt sự thoái hóa và cải thiện đất trồng, nâng cao năng suất cây trồng và
nuôi cá trong hệ thống VAC của các hộ gia đình.

-

Hỗ trợ phát triển chăn nuôi tốt hơn, tạo điều kiện nâng cao mức sống và tiếp
cận điều kiện văn minh đô thị cho người dân nông thôn trong việc cải tạo nhà

+ Đầu thu khí: Là nơi lấy khí ra khỏi bộ phận tích khí.
+ Đường ống dẫn khí: Làm nhiệm vụ dẫn khí từ đấu thu khí đến địa điểm sử
dụng KSH.
-

Điều kiện áp dụng: Trên mọi địa hình. Tuy nhiên nếu gặp địa hình có nền đất
yếu thì phải sử lý nền móng trước khi xây dựng.

-

Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm: Sử dụng được các loại vật liệu sẵn có tại địa phương; ít tốn diện

tích xây

dựng hầm, chi phí xây

dựng thấp hơn so với các loại vật liệu

khác do do diện tích bề mặt nhỏ nhất nên tiết kiệm vật liệu hơn..
+ Nhược điểm: dễ bị lún, nứt, dễ bị dò khí ra ngoài không khắc phục được.
Dùng một thời gian do nhiệt độ nóng nên bị axít ăn mòn bề mặt bê tông làm cho bể
chịu lực kém, có thể làm cho bể bị dò khí ra ngoài. Đòi hỏi phải nạp nguyên liệu
nhiều và thường xuyên. Không tự động phá váng được, lên men kỵ khí không đạt tối
ưu. Thi công mất nhiều thời gian, nhân công phát sinh nhiều chi phí, khó khăn trong
quá trình thi công. Hầm bể xây chỉ có áp lực khí Gas đến 5cm cột nước không có khả
năng tự điều tiết áp lực khi lượng Gas trong bể quá nhiều, phải xả, phải có thiết bị
van bảo vệ. Không có khả năng tự động phá



+ Nhược điểm: Chi phí đầu tư cao từ 1.500.000đ/m3 đến 2.000.000đ/m3, hiệu
quả đầu tư thấp; thể tích hầm nhỏ nên khi cần công trình lướn phải xây dựng nhiều
bể dẫn đến việc tốn diện tích xây dựng. ỉ.5.2.3. Hầm Biogas chất liệu bạt HDPE
màng chống thấm HDPE
-

Cấu tạo đặc điểm kỹ thuật:
Trong những năm gần đây một số công ty đã sản xuất và áp dụng hầm Biogas

sử dụng bằng chất liệu bạt HDPE với rất nhiều tính năng ưu việt túi thiết kế theo
hình tròn, đường kính túi từ 2,2 m đến 4,5 m; chiều dài có thể đến 40-50 m hoặc dài
hơn. Túi thường được thiết kế hàn với 01 lớp HDPE dầy 0,75 mm đến 1mm; ống dẫn


chất thải vào, ra bằng ống nhựa PVC đường kính 220 mm đến 315mm. Đào đất hố
chứa độ sâu trung bình từ 1,5 m đến 3,5 m. Độ nghiêng vách hố đất đào trung bình từ
30-45 độ, các mặt vách đều, thẳng, phẳng và lấy ni vô mực nước đáy hầm.
-

Điều kiện áp dụng: Áp dụng lắp đặt được ở mọi địa hình, đặc biệt đối với các
trang trại có quy mô lớn.

-

Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm: Độ bền cao, kín tuyệt đối, có tính đàn hồi, không bị ăn mòn bởi

axit hay bazơ, hiệu suất sinh khí tốt nhất so với các công nghệ hầm tĩnh khác (vì
nhiệt độ của hầm loại này hướng đến nhiệt độ kỵ khí tối ưu), không bị nghẹt ống
thoát, ống vào, tự động phá váng, lắp đặt nhanh, Duy nhất làm được hầm Biogas

hệ thống Biogas đã góp phần

thúc đẩy công cuộc

công

nghiệp hoá, hiện đại hoá nông nghiệp nông thôn, nâng cao nếp sống sinh hoạt văn
minh cho bà con nông dân. Khi sử dụng Biogas bà con nông dân đã được trực tiếp
tham gia sử dụng công nghệ hiện đại, từ đó bà con nông dân đã có cách nhìn nhận
công việc khoa học hơn và mở ra nhiều hướng phát triển mới. Đời sống của bà con
nông dân đã thực sự đổi mới và thực sự được nâng cao.
Phát triển Biogas sẽ tạo công ăn việc làm cho nhiều người đặc biệt là người
dân ở vùng nông thôn. Sử dụng khí sinh học trong đun nấu sẽ giải phóng phụ nữ và
trẻ em trong việc bếp núc nóng nực, khói bụi, tiết kiệm thời gian cho việc nấu nướng,
lau chùi dụng cụ bếp núc và thời gian kiếm chất đốt.
1.1.6.3.

về môi trường

Phân gia súc, gia

cầm được tập trung vào bể nạp rồi chuyển sang bể

phân giải đã giảm được mùi hôi thối trong chăn nuôi, trứng giun, sán, mầm bệnh
(trường hợp gia súc, gia cầm bị bệnh thì mầm bệnh được tập trung vào bể nạp và bị
tiêu diệt ở đây không bị phát tán ra xung quanh).
Công nghệ Biogas là cung cấp năng lượng sạch cung cấp chất đốt thay củi
cho nhân dân sẽ hạn chế nạn phá rừng nên đã góp phần bảo vệ rừng.
Đun nấu bằng khí sinh học không khói bụi, không nóng bức.. do đó giảm
bệnh về phổi, về mắt..

hầmbằngvật

bằng

liệu composite thì

triệu đồng/hầm 10m3. Qua điều tra thực tế,

phần lớn các hộ

tuy có quy mô chăn nuôi đủ để xây hầm Biogas, xong họ vẫn chưa xây chỉ vì lý do
chưa có đủ tiền. Mặt khác lãi suất vay ngân hàng hiện nay vẫn còn cao nên người
dân còn e ngại trong việc vay vốn để đầu tư xây hầm.
-

Mặt bằng xây dựng chuồng trại
Trong thực tế, do điều kiện đất đai khan hiếm nên chuồng trại thường được

các hộ xây dựng ngay cạnh chuồng chăn nuôi, do đó hạn chế về nguồn lực đất đai đã
làm cho quá trình áp dụng công nghệ, kỹ thuật xây hầm Biogas bị sai lệch. Việc quy
hoạch xây dựng giữa chuồng trại và mặt bằng xây dựng hầm Biogas chưa được quan
tâm.
-

Nhận thức của hộ dân chăn nuôi về khả năng xây dựng hầm khí Biogas.
Việc tuyên truyền các thông tin về tác dụng của việc xây dựng hầm khí

Biogas đã được quan tâm. Tuy nhiên, vẫn chưa được thường xuyên, mặt khác mới
tuyên truyền đến với các hộ có nhu cầu xây dựng còn các hộ khác biết thông tin cơ
bản là do các hộ nói và qua hệ thống phát thanh của xã nên nhiều hộ dân vẫn chưa