i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

NGUYỄN THỊ HOA
Tền đề tài
ĐÁNH GIÁ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ
CHẤT THẢI CHĂN NUÔI TẠI XÃ THANH NINH, HUYỆN PHÚ
BÌNH, TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐƢA RA CÁC GIẢI PHÁP NÂNG
CAO HIỆU QUẢSỬ DỤNG HẦM BIOGAS
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trƣờng

Khoa

: Môi trƣờng

Khóa học

: 2011 – 2015

Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên


: 2011 – 2015

Giáo viên hƣớng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Huệ
Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái nguyên, năm 2015


iii

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo và cán bộ nhân viên
Uỷ ban nhân dân xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên đã tạo
điều kiện, giúp đỡ em trong sốt quá trình thực tập tại xã.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân
thành tới Ths. Nguyễn Thị Huệ, giáo viên khoa Môi Trƣờng, Trƣờng Đại Học
Nông Lâm Thái Nguyên, đã hƣớng dẫn em tận tình trong quá trình học tập và
hoàn thiện đề tài này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng đã
nhiệt tình truyền thụ cho em những kiến thức quý báu trong quá trình em học
tập tại trƣờng.
Trong quá trình làm đề tài tuy đã cố gắng hết sức nhƣng do kinh
nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót và
khiếm khuyết, em rất mong đƣợc thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài
đƣợc hoàn thành hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày 25 tháng 5 năm 2015
Sinh viên

Nguyễn Thị Hoa

biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b). ....................................................................14
Hình 2.3: Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế ............................15
Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas ...........................16
Hình 2.5: Hình ảnh về thiết bị thu khí kiểu KT1 và KT2 ..................................25
Hình 2.6: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1 ......................................25
Hình 2.7 :Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2 ......................................26
Hình 2.8: Hình ảnh về mô hình xây biogas kiểu KT2 ........................................26
Hình 2.9: Cấu tạo của thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu .................................27
Hình 2.10: Mô hình hầm biogas hộ gia đình ........................................................29
Hình 2.11. Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc ................................................31
Hình 2.12. Túi ủ bằng plastic ...................................................................................31
Hình 3.5: Biểu đồ vị trí lắp đặt hầm của các hộ ...................................................44
Hình 3.6: Lí do lắp đặt hầm ủ biogas .....................................................................45
Hình 3.7: Biểu đồ loại bếp sử dụng cho biogas của các hộ ................................47
Hình 3.8: Biểu đồ thời gian nấu ăn của các hộ .....................................................48
Hình 3.9: Biểu đồ đánh giá hiện trạng nƣớc thải chăn nuôi lợn của gia đình
anh Nguyễn Văn Hải .................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10: Biểu đồ đánh giá hiện trạng các chỉ tiêu nƣớc thải chăn nuôi lợn
của gia đình anh Nguyễn Văn Biển ......................... Error! Bookmark not defined.


vi

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

STT

Ý Nghĩa

Tên Viết Tắt


6

HĐND

Hội đồng nhân dân

7

QCMT

Quy chuẩn môi trƣờng

8

TBXH

Thƣơng binh xã hội

9

TCMT

Tiêu chuẩn môi trƣờng

10

UBND

Ủy ban nhân dân

2.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam ...................................22
PHẦN 3: ĐỐI TƢƠNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U
....32
3.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
...................................................................32
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu.....................................................................................32
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu.........................................................................................32
3.2. Điạ điể m và thời gian nghiên cƣ́....................................................................
u
32
3.3. Nô ̣i dung nghiên cƣ́u..........................................................................................32
3.4. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u..................................................................................32
3.4.1. Phƣơng pháp kế thừa. ....................................................................................32
3.4.2. Phƣơng pháp điều tra phỏng vấ.................................................................
n
32
3.4.3. Phƣơng pháp lấ y mẫu và phân tích trong phòng thí nghiê.................
m
33
̣
3.4.4. Phƣơng pháp tổ ng hơ ,̣pso sánh, đối chiếu .................................................33


viii

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................34
4.1. Điều kiêṇ tƣ̣ nhiên, kinh tế – xã hội của xã Thanh Nin
h, huyêṇ Phú Bình,
tỉnh Thái Nguyên........................................................................................................34
4.1.1 Điều kiêṇ tƣ̣ nhiên............................................................................................34

càng cạn kiệt, năng lƣợng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm
không phải chỉ riêng mỗi quốc gia mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trƣớc tình
hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy
tìm nhiều loại năng lƣợng khác nhau, nhất là năng lƣợng tái lập. Một trong
những năng lƣợng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lƣợng có từ sự phân
hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc nhƣ trâu, bò, heo đó
chính là năng lƣợng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Ở nƣớc ta, việc
nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ
yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, cung cấp nguồn chất đốt, tiết
kiệm năng lƣợng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Nhu cầu sử dụng công
nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ
chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn.Phú Bình là một trong những huyên
của tỉnh Thái Nguyên, sản xuất nông nghiệp vẫn là chủ yếu, công nghiệp,
dịch vụ vẫn chƣa phát triển nhiều. Chăn nuôi đặc biệt đóng vai trò quan trong
trong kinh tế hộ gia đình và là một trong những nguồn thu chủ yếu của nông
hộ. Trong đó xã Thanh Ninh- huyện Phú Bình - tỉnh Thái Nguyên, đƣợc đánh
giá là xã có đàn gia súc lớn nhất xa với 1500 con heo, 850 con bò. Vì thế việc
quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo
dục, chính sách môi trƣờng và chính sách kinh tế. Các biện pháp kỹ thuật phổ
biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas, bể chứa phân, bón
phân đã xử lý vào đất, sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải. Trong đó, xây
dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và
hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống


2

biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm
để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình bioga có hiệu quả thì công
việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng. vì vậy đề tài. "Đánh giá tình

Nam 2005: “Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi
trƣờng không phù hợp với tiêu chuẩn môi trƣờng, gây ảnh hƣởng xấu đến con
ngƣời, sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lƣợng
nƣớc không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau,vƣợt quá tiêu
chuẩn cho phép và có ảnh hƣởng xấu đến đời sống con ngƣời và sinh
vật. Nƣớc trong tự nhiên tồn tại dƣới nhiều hình thức khác nhau: Nƣớc ngầm,
nƣớc ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí. Nƣớc bị ô nhiễm nghĩa
là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho
con ngƣời và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nƣớc ô nhiễm thƣờng là
khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu.
* Chất thải chăn nuôi lợn: Bao gồm chất thải rắn và chất thải lỏng, chất
thải rắn bao gồm phân, gia súc chết, nhau thai,... Chất thải lỏng là nƣớc tiểu,
chất nhầy, nƣớc rửa chuồng trại và rửa các dụng cụ dùng trong chăn nuôi.


5

* Nước thải chăn nuôi: Nƣớc thải chăn nuôi là một loại nƣớc thải rất
đặc trƣng và có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cao do có chứa hàm lƣợng
cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh.
* Nước thải sinh hoạt: Là nƣớc thải từ các khu dân cƣ, khu vực hoạt
động thƣơng mại, khu vực công sở, trƣờng học và các cơ sở trƣờng học khác.
* Nước thải công nghiệp: Là nƣớc thải từ các nhà máy đang hoạt động
hoặc trong đó nƣớc thải công nghiệp là chủ yếu.
* Nước thải thấm qua: Là lƣợng nƣớc 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.
* Nước thải tự nhiên: Nƣớc mƣa đƣợc xem nhƣ nƣớc thải tự nhiên ở
những thành phố hiện đại, chúng đƣợc thu gom theo hệ thống riêng.

N

P2O5

CaO

MgO

Cl

Trâu, bò

92,5

6,0

1,0

0,01

1,5

0- 1,1

0,1

Ngựa

89,0



( Nguồn: Suzuki Tatsushiko, 2008)
- Khả năng sản sinh biogas hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm
protein, lipit, cacbonhydrat, xenlulozo đều có khả năng chuyển hóa sinh học
thành biogas.
- Thành phần, tính chất biogas
Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng
700oC. Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870oC.
Thành phần biogas bao gồm 50-70% CH4 ; 35-50% CO2 hàm lƣợng hơi
nƣớc khoảng 30-160g/m3.Gía trị năng lƣợng khoảng 5,96Wh/m3 và tỷ trọng
0,94kg/m3..Lƣợng không khí cần thiết cho quá trình cháy của biogas khoảng
5,7m3không khí/m3biogas, với tốc độ cháy khoảng 40cm/s.
Bảng 2.2: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas
STT

Loại khí

Thành phần khí(%)

1

CH4

55 – 65

2

CO2

35 – 43

C/N, điều kiện dinh dƣỡng, yếu tố gây độc của các thành phần dạng vết, tốc
độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lƣu trong hầm, mức
độ ảnh hƣởng của các yếu tố này xét trên khía cạnh khác nhau dƣợc trình bày
chi tiết nhƣ sau:
- Nhiệt độ :
Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hƣởng tới tốc độ của
phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng, độ hòa tan của co2 và
thành phần biogas sinh ra. khi nhiệt độ môi trƣờng tăng tốc độ phân hủy sinh
học sẽ tăng và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao.
Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10oC. tuy
nhiên điều này hầu nhƣ không xảy ra vì hầu hết các loại vi khuẩn tham gia
vào quá trình chuyển hóa biogas chỉ hoạt đông trong một khoảng nhiệt độ
nhất định, ba khoảng nhiệt độ mà vi khuẩn hoạt động hiệu quả nhất là:
+ T
hoạt hóa của các enzym.
Nồng độ và dạng tồn tại của amonia cũng có ảnh hƣởng quan trọng
đến pH của hầm ủ. Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định rạng thái tồn
tại của amoniac( NH3). Amoniac tồn tại dƣới dạng NH4+ không gây độc đối
với vi khuẩn ngƣợc lại với amonia tự do. Nồng độ NH3 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 trƣởng và hoạt động tối ƣu của vi khuẩn điều cần
thiết là phải cung cấp đầy đủ chất dinh dƣỡng dƣới dạng các hợp chất hóa học
với nồng độ thích hợp. Cacbon và nito là những thành phần dinh dƣỡng chính
của vi khuẩn kỵ khí. Nguồn C sẽ cung cấp năng lƣợng cho hoạt động vi
khuẩn, N cần thiết cho quá trình tổng hợp tế bào. Để hàm lƣợng N đƣợc cung
cấp hợp lý, nguồn cơ chất đầu vào sẽ đƣợc xem xét đến khái niệm tỉ lệ C/N .
Khái niệm này đƣợc quan tâm từ rất sớm với nguồn cơ chất là phân bò tỷ lệ
C/N khoảng 15:1 - 25:1.
Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lƣợng N sẽ bị vi khuẩn metan hóa tiêu thụ
nhanh để tổng hợp protein của chúng và sẽ không còn đủ để phản ứng với
lƣợng C còn lại trong nghuyên liệu do đó lƣợng khí biogas sinh ra sẽ thấp.
Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giải phóng và tích lũy dƣới
dạng amoni. NH4 sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy, pH cao hơn 8,5 sẽ là


10

một yếu tố gây cản trở hoạt động của vi khuẩn metan hóa.
Các vi khuẩn axit hó và vi khuẩn metan hóa đều cần tỷ lệ C/N :25-30:1
cho quá trình hoạt động tối ƣu. Mặc dù các loại chất hữu cơ khác nhau có tỷ
lệ C/N khác nhau nhƣng hỗn hợp của các nguyên liệu này trƣớc khi vào hầm
phân hủy phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng 25-30:1.
- Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào

Sunfate SO42-

5.000

2

NaCl

40.000

3

Cu

100

4

Cr

200

5

Ni

200-500

6


Ca

4.500

12

Mg

1.500

Nuồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iierrational
Publisher
2.1.1.3 Giới thiệu về phƣơng pháp biogas
2.1.1.3.1. Định nghĩa hầm biogas và khí sinh học (Biogas)
Hầm biogas: là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn
nuôi, sản xuất... đƣợc ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas- đƣợc sử dụng nhƣ
một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng nhƣ sản xuất.
Khí biogas: hay còn gọi là khí sinh học là một dạng năng lƣợng khi mà
các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men
trong điều kiện không có không khí (quá trình yếm khí), vi sinh vật phân huỷ
các chất tổng hợp và sinh ra khí. Khí sinh học là một hỗn hợp khí bao gồm
Metan (CH4), Cacbon Dioxit (CO2), Nito (N2) và Hydro sunphat (H2S). Thành
phần chủ yếu của khí sinh học là Metan (chiếm 60% -70%) và Cacbon dioxit


12

(chiếm 30%-40%). Nhìn về góc độ năng lƣợng tính toán đƣợc rằng: 1m3 khí
sinh học (với mức 6000 calo) tƣơng đƣơng với .
3,47 kg gỗ, 0,45 kg khí ga hoá lỏng, 1,25 Kw điện năng, 1,4 kg than đá,

sinh ra khí ga. Ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lƣợng khí ga đƣợc sinh ra trƣớc khi sử dụng. Khí ga này sẽ đẩy lớp
cặn sang ngăn áp lực.
Ngăn áp lực: Thu các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ, khi sử dụng khí
ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngƣợc lại vào
ngăn phân huỷ để đẩy khí ga ra. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đƣờng ống thoát ở đáy hầm, khi cổng của hầm lƣu trữ mở ra thì
phân và nƣớc sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm qua đƣờng ống này.
Ngăn chứa và lọc cát: Thu phần cặn lắng có thể sử dụng đƣợc nhƣ là
phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trƣờng.
Ga tích luỹ đƣợc sẽ đẩy phần cặn và nƣớc trong đáy ngăn phân huỷ để
chảy vào ngăn áp lực. Khi sử dụng khí ga thì nƣớc trong ngăn áp lực sẽ chảy
ngƣợc lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống này
đƣợc gọi là hệ thống động lực. Nó sẽ hoạt động thƣờng xuyên nếu không có
rò rỉ hoặc quá trình lên men đƣợc kiểm soát. Hầm biogas đảm bảo tiêu chuẩn
có thể hoạt động hơn 10 năm.


14

Hình 2.2: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình
riêng biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b).
Cấu tạo của các hầm biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể đƣợc xây
dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng.
Trên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, nhƣng trong
thực tế thƣờng xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này đƣợc áp dụng


15


chất dẻo dễ bị lão hoá dƣới 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 đƣợc giới thiệu dùng để
sử dụng cho qui mô hộ gia đình ở nông thôn. Những loại hình này muốn đƣa vào
hoạt động cấn có sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của
chính phủ thì mới có khả năng đƣợc công nhận chính thức.
b. Cơ chế hoạt động và hiệu suất xử lý chất thải.

Phân
động vật

Quá trình thuỷ phân

Quá trình axit hoá
Quá trình
lên men

Khí Biogas

Quá trình axetic hoá

Quá trình Mêtan hoá

Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas .
Ban đầu nƣớc và phân động vật đƣợc trộn lẫn với nhau trong ngăn trộn,
sau đó đƣợc chuyển sang ngăn phân huỷ. Tại đây, phân và nƣớc đƣợc lên men
và sinh ra khí ga, ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín. Một vòm cố định
thu thập lƣợng khí ga đƣợc sinh ra trƣớc khi sử dụng, khí ga này sẽ đẩy lớp
cặn sang ngăn áp lực. Tại ngăn áp lực, các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ

/tháng. nếu các hộ gia đình chƣa xây dựng các công trình phụ thì quy hoạch