ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

ĐẶNG HỮU CHI
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM BIOGAS TRONG XỬ LÝ
NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN GIỐNG CƠ SỞ 2 ÔNG PHẠM ĐỨC HÙNG
TẠI XÃ HƯƠNG LUNG – HUYỆN CẨM KHÊ – TỈNH PHÚ THỌ
NĂM 2016

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo: Chính Quy
Chuyện ngành/Ngành: Địa chính môi trường
Khoa: Quản lí tài nguyên
Khóa học: 2013-2017

Thái Nguyên - 2017


i
LỜI CẢM ƠN
Được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, ban chủ nhiệm khoa
Quản Lí Tài Nguyên trong thời gian thực tập tốt nghiệp em đã tiến hành đề
tài: “Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi
quy mô trang trại, cơ sở 2 Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung – Cẩm
Khê – Phú Thọ năm 2016”
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này ngoài sự cố gắng rất nhiều của
bản thân, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô
trong khoa. Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới: Các thầy cô trong trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, đặc biệt
là thầy cô trong khoa Quản lí Tài nguyên và khoa Môi trường đã trang bị cho

dung dịch

2

DO

Là lượng Oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô
hấp của các sinh vật nước

3

COD

Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá
học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ

4

BOD5

Là lượng Oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu
cơ và sinh hóa do vi khuẩn

5

NO3-

Muối

6

chuẩn Việt Nam ............................................................................. 43
Biểu đồ 4.3.2 so sánh giữa các kết quả phân tích sau khi xử lý với Quy chuẩn
Việt Nam. ....................................................................................... 45
Biểu đồ thể hiện hiệu xuất xử lý trung bình của hầm Biogas sau 3 lần phân
tích mẫu tại trang trại Ông Phạm Đức Hùng, cơ sở 2. .................... 50


iii

MỤC LỤC
Phần 1. MỞ ĐẦU ......................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề ............................................................................................. 1

1.2

Mục tiêu và yêu cầu của đề tài. ............................................................. 2

1.3

Ý nghĩa của đề tài.................................................................................. 2

Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................... 4
2.1 Cơ sở khoa học ......................................................................................... 4
2.1.1 Cơ sở lý luận. ........................................................................................ 4
2.1.2 Cơ sở thực tiễn. ..................................................................................... 5
2.1.3 Phương Pháp Biogas Trong Xử Lý Chất Thải Chăn Nuôi...................... 7
2.1.4 Quá trình sản sinh khí sinh học. ........................................................... 14
2.1.5 Lợi ích của công nghệ khí sinh học...................................................... 16

4.3.1 Chất lượng nước thải trước khi đưa vào hầm Biogas xử lý của Trang
trại Ông Phạm Đức Hùng, Cơ sở 2. .............................................................. 42
4.3.2 Chất lượng nước thải sau khi đưa vào hầm Biogas xử lý của Trang
trại Ông Phạm Đức Hùng, Cơ sở 2. .............................................................. 44
4.3.3 Hiệu xuất xử lý của hệ thống hầm Biogas tại trang trại Ông Phạm
Đức Hùng . ................................................................................................... 46
4.3.4 Tổng hợp hiệu xuất xử lý trung bình của hầm Biogas sau 3 lần phân
tích mẫu tại trang trại Ông Phạm Đức Hùng, cơ sở 2 như sau: ..................... 50
4.4 Giải pháp nhằm thúc đẩy sử phát triển công nghệ hầm khí Biogas vào
chăn nuôi ở trang trại.................................................................................... 52
4.4.1. Giải pháp chung.................................................................................. 52
4.4.2. Giải pháp cụ thể. ................................................................................. 52
Phần 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................... 56
5.1 Kết luận. ................................................................................................. 56
5.2 KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 58


1
Phần 1. MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện nay đang giữ vai trò chủ đạo, sự
phát triển của ngành trồng trọt góp phần thúc đẩy nghành chăn nuôi phát triển
và giữ vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Vậy nhưng tăng trưởng
trong chăn nuôi đã gây ra nhưng tác động không tích cực đến môi trường do
chất thải ra từ ngành chăn nuôi. Việc cần thiết là tìm ra giải pháp để xử lý chất
thải trong chăn nuôi để bảo vệ sự phát triển bền vững của nền nông nghiệp. Ở
Việt Nam, việc nghiên cứu các ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là
một trong các giải pháp chủ yếu nhằm giải quyết tình trạng ô nhiễm mội
trường, vừa để cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả cho

nuôi Việt Nam.
1.2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài.
- Thông qua việc điều tra phân tích về hầm Biogas áp dụng tại trang
trại Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung – Huyện Cẩm Khê – Tỉnh Phú
Thọ để đưa ra những hiệu quả mà hầm Biogas đem lại.
- Phát hiện những khó khăn và đưa ra biện pháp khắc phục và hạn chế
của những khó khăn đó.
- Nâng cao sử hiểu biết của người chăn nuôi trong việc sử dụng hầm
Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi.
- Yêu cầu: số liệu thu thập phải khách quan, trung thực, chính xác.
Đánh giá được hiệu quả sử dụng hầm Biogas. Đề xuất những giải pháp, kiến
nghị phải có tính khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế của trang trại.
1.3 Ý nghĩa của đề tài.
- Ý nghĩa khoa học: nâng cao kiến thức và kỹ năng , rút ra kinh nghiệm
thực tiễn phục vụ công tác bảo vệ môi trường, vận dụng, phát huy và nâng cao
kiến thức đã được học.


3
- Ý nghĩa trong thực tiễn: đánh giá được hiệu quả xử lý chất thải chăn

nuôi của hầm Biogas ở trang trại Ông Phạm Đức Hùng tại xã Hương Lung –
Huyện Cẩm Khê – Tỉnh Phú Thọ. Từ đó, có cơ sở để áp dụng hầm Biogas cho
các hộ gia đình, trang trại chăn nuôi, có các biện pháp quản lý và sử dụng
hầm Biogas trong xử lý chất thải tại gia đình,trang trại và các nơi khác.


4
Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Cơ sở khoa học

chăn nuôi gặp nhiều khó khăn.
2.1.1.3 Ảnh hưởng của Chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm cho môi
trường.
+ Chất thải chăn nuôi thể làm nguy hại đến độ phì đất, có thể gây ô
nhiễm đất.
+ Làm phú dưỡng nước, ô nhiễm nước mặt, nước ngầm.
+ Chất thải chăn nuôi còn phát thải vào khí quyển nhiều khí nhà kính
như CO2; NH3; N2O.
+ Gây mùi khó chịu, ảnh hưởng tới sức khỏe các hộ dân xung quanh.
2.1.1.4 Nguyên nhân chủ yếu gây ra ô nhiễm.
+ Phần lớn các hộ chưa xây dựng được hệ thống xử lý chất thải khép
kín.
+ Trang trại nằm cách khu dân cư nhưng công nghệ xử lý chất thải
phần lớn vẫn là chôn lấp do thiếu kinh phí và công nghệ.
+ Đa số chăn nuôi nhỏ lẻ thiếu sự quy hoạch tổng thể của địa phương
dẫn đến sự phát triển manh mún, thiếu sự đầu tư, gây ô nhiễm môi trường [5].
2.1.1.5 Lợi ích của chất thải chăn nuôi.
2.1.2 Cơ sở thực tiễn.
2.1.2.1 Chế phẩm EM sinh học.
EM (Effective Microorganisms) là các vi sinh vật hữu hiệu. Do Gs.Ts
Teruo Higa – Trường Đại học Tổng hợp Ryukyus, Okinawoa, Nhật Bản sáng
tạo và áp dụng vào đầu năm 1980. Trong chế phẩm này có khoảng 80 loài vi
sinh vật kỵ 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
2.000 loài được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm và công nghệ


6
lên men. Gồm 5 nhóm vi sinh vật: vi khuẩn Bacillus, vinh khuẩn quang hợp,
vi khuẩn Lactic, nấm men, xạ khuẩn.

- Ngoài ra còn có cây thủy trúc, rau muống cũng có thể xử lý chất thải
chăn nuôi.
- Các cây thủy sinh này có thể thu hoạch và dùng làm phân hữu cơ.
2.1.2.4 Mô hình VAC.
VAC (vườn - ao - chuồng) là phương pháp hữu hiệu và bền vững để xử
lý chất thải chăn nuôi tiến tới nền công nghiệp sạch. Gắn kết chặt chẽ trồng
trọt và chăn nuôi vừa hạn chế ô nhiễm môi trường vừa sử dụng ít phân bón
hóa học, tiết kiệm năng lượng và đây là mô hình dễ áp dụng đối với chăn nuôi
quy mô trang trại.
2.1.3 Phương Pháp Biogas Trong Xử Lý Chất Thải Chăn Nuôi.
2.1.3.1 Khái niệm chung.
- Khái niệm: Biogas hay khí sinh học hỗn hợp là khí metan (CH4) và
một số khí khác phát sinh từ sự phân hủy các vật chất hữu cơ. Metan cũng là
một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 25 lần hơn khí Cacbonic (CO2). Theo
ước tính Bộ năng lượng Hoa kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể
tạo ra khí sinh học để dùng trong vẩn chuyển thì năng lượng này có thể làm
giảm 500 triệu tấn khí Cacbonic hàng năm, tương đương với số lượng 90 triệu
xe dùng trong một năm.
- Thành phần: Biogas có thành phần CH4 (50,60%) và CO2 (>30%) còn
lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO… được thủy phân trong
môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 – 400C, nhiệt trị thấp của CH4
là 1012 Btu/ft3 (37,71.103J/m3) do đó có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong. Để sử dụng Biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý
Biogas trước khi sử dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể
ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất
độc. hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn
lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas [10].


8

phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường.
+ Ga tích lũy được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân hủy
chảy ngược lại vào ngăn phân hủy và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng. Hệ thống
này được gọi là hệ thống động lực. Nó sẽ hoạt động thường xuyên nếu không
có rò rỉ hoặc quá trình lên men được kiểm soát. Hầm Biogas đảm bảo tiêu
chuẩn có thể hoạt động hơn 10 năm.
Cấu tạo của các hầm Biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể xây dựng
theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng.
Trên đây là mô hình những hầm Biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực
tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng ngay khi
vào nông thôn Việt Nam. Mô hình hầm Biogas phổ biến trong thực tế.
Đối với hầm xây dành riêng cho các hộ gia đình, các hầm này có 5 bộ
phận như sau:
+ Bộ phận phân hủy: là nơi chưa nguyên liệu và đảm bảo những điều
kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy kỵ khí xẩy ra. Đây là bộ phận chủ yếu
của hầm, còn gọi là thể tích phân hủy.
+ Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân hủy được thu và chứa
tại đây. Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín.
+ Lối vào: là nơi để nạp nguyên liệu bổ xung vào để phân hủy.
+ Lối ra: nguyên liệu sau khi đã phân hủy được lấy ra (bã thải) qua đây
để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
+ Lối lấy khí: khí được đưa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua lối
lấy khí này.
Về cơ bản thì cấu tạo của Biogas luôn có 5 bộ phận cơ bản trên. Khi
xây dựng nhà vệ sinh được liên kết với các hầm Biogas và cũng được phổ hóa
cho việc xử lý chất thải con người. Vì vậy, nhiều mô hình Biogas được xây


10
dựng liên kết với nhiều hộ gia đình riêng biệt như một khu chung cư nhưng

- Nhà máy hình trống nổi với một xilanh phân hủy.
- Nhà máy hình vòm cố định với bể xây bằng gạch.
- Nhà máy hình trống nổi với bể phân hủy bán cầu.
- Nhà máy hình vòm cố định với một bể phân hủy bán cầu.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng sắt góc cạnh và phôi nhựa.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng bê tông gia cố phức hợp tiền chế.
- Nhà máy hình trống nổi làm bằng sợi tủy tinh gia cố.
Những loại hình này muốn đưa vào sử dụng cần sự bảo trợ của các cấp
chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì mới đủ khả năng được
công nhận chính thức.
Đối với lĩnh vực công nghiệp có thể sử dụng Biogas để xử lý chất thải,
Biogas được thu từ các nhà máy chưng cất.
Trong khi sản xuất cồn từ mật đường khoảng từ 12 – 15 lít chất thải
được tạo ra cho mỗi lít cồn. Chất thải này là một trong những chất thải màu
nâu nặng nề phức tạp nhất chứa hàm lượng BOD và COD rất cao, Ngoài ra
hàm lượng pH thấp và rất đậm màu. Chất thải ngoan cố này rất khó xử lý
bằng những công nghệ xử lý đã được biết đến. Hệ thống xử lý được các công
ty chưng cất áp dụng cho khâu tiền xử lý là phân hủy kỵ khí với việc thu nhận
Biogas được tiếp nối bởi khâu xử lý thứ cấp là hiếm khí. Việc tiền xử lý sẽ
dẫn đến kết quả tạo ra Biogas.
Qui trình công nghệ có thể được thiết kế cho chất thải có nồng độ cao
hơn như chất thải từ những nhà máy chế biến dược phẩm, nhà máy bia, nhà
máy giấy…


12
Công nghệ thu khí Biogas sẽ còn được phát triển hơn nữa thành công
nghệ khí vi sinh. Hơn 1000 triệu dân cư với tốc độ tăng trưởng cao là nguồn
thích hợp để sản xuất khí vi sinh, nguyên liệu của nó có thể được lấy từ nhiều
chất thải như bùn nước cống. trên thực tế là hầu như 70% dân cư không sử



13
thống này gọi là hệ thống động lực. Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa.
Ngăn này có đường ống thoát ra ở đáy hầm, khi mở nắp ống thì phân và nước
sẽ đẩy phần ở đáy hầm ra qua ngăn chứa và lọc cát. Phần cặn lắng thu được
có thể được sử dụng như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông
nghiệp hoặc bán ra thị trường.
Nếu bảo quản và vận hành tốt hệ thống hầm Biogas không bị rò rỉ thì
có thể hoạt động được trong khoảng 10 đến 20 năm.
Giai đoạn quan trọng nhất để sinh ra khí ga được xẩy ra trong bộ phận
phân hủy. Nguyên liệu được nạp vào trộn lẫn với nước sẽ biến đổi thành các
chất hóa học khác nhau nhờ vào nhóm sinh vật khác nhau. Giai đoạn 1: phân
động vật nhờ vào nhóm sinh vật prychrophilic biến đổi thành acid hữu cơ.
Giai đoạn 2: nhờ nhóm sinh vật Mesophilic biến đổi thành acid acetic. Giai
đoạn cuối cùng sinh ra khí ga nhờ quá trình phân hủy của nhóm sinh vật
themophilic.
Sự chuyển đổi hiếm khí của chất thải nói chung có thể diễn tả như sau:
Chất hữu cơ + H2O + dinh dưỡng

tế bào mới + chất hưu cơ phân hủy +

CO2 + CH4 + NH3 + H2S + Nhiệt.
Các yếu tố liên quan đến sản xuất Biogas cần được chú ý và thực hiện
đúng:
Phân động vật tức là nguyên liệu cần phải được bổ sung hàng ngày với khối
lượng phân đầy đủ tương ứng thể tích của hầm.
Thời gian gây men và thời gian phân hủy vào khoảng 40 – 60 ngày.
Trong khoảng thời gian này cần chú ý các điều sau: thỉnh thoảng phải khuấy
trộn để hỗ trợ cho quá trình phân hủy, đặc biệt tránh các loại hóa chất như


15 – 32

Phân trâu

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 – 2.0
(Nguồn: Báo Nông Nghiệp Việt Nam, 2009) [9].


15


16
Phân trâu, bò, lợn phân hủy nhanh hơn phân gia cầm, phân bắc nhưng
sản lượng khí của phân gia cầm, phân bắc lại cao hơn.
* Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật.
Bao gồm lá và thân cây như: phụ phẩm cây trồng rơm, rạ, thân lá ngô,
khoai, rác sinh hoạt hữu cơ, rau, củ, quả, lương thực, cỏ và các loại cây xanh
hoang dại: rong, bèo, cây phân xanh.
2.1.5 Lợi ích của công nghệ khí sinh học.
2.1.5.1 Những lợi ích kinh tế của công nghệ khí sinh học (Biogas).
Lợi ích từ sử dụng khí sinh học: sản sinh năng lượng phục vụ sản xuất
ở các vùng nông thôn.
- Đun nấu: cần 10 – 15kg phân lợn hàng ngày để sản xuất khí ga, đủ
cung cấp nhiên liệu đun nấu cho gia đình 3 – 4 người.
- Thắp sáng.
- Chạy động cơ đốt trong: số liệu các nước cho thấy lượng khí tiêu thụ
khoảng 0,45 – 0,54m3/mã lực x giờ hay 0,6 – 0,75m3/KWh điện [4].
- Các ứng dụng khác: sưởi ấm, ấp trứng, sưởi gà con, chạy tủ lạnh, bảo
quản nông sản.
2.1.5.2 Lợi ích từ sử dụng bã thải.
- Xử lý chất thải chăn nuôi, tạo nguồn phân hữu cơ, giảm sử dụng phân
hóa học.
- Lợi ích về trồng trọt: bã thải trông hầm khí sinh học sau khi được xử
lý có hàm lượng đạm và nitơ lớn rất tốt dùng làm phân bón trong sản xuất
nông nghiệp:
+ Tăng năng suất cây trồng: ở Trung Quốc dùng bã thải bón cho lúa trong
hai năm liền từ 1980 tới 1982 năng suất tăng 6,1 – 19,2% so với không dùng.
+ Hạn chế sâu bệnh và cỏ dại: theo kinh nghiệm của một số kỹ thuật
viên khí sinh học của dự án (chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi



18
phát triển mạnh ở nhiều nước trên thế giới. Tại Việt Nam, với nguồn nguyên
liệu dồi dào cộng với nhận được sự ưu ái từ các chương trình dự án, Biogas
đã trở thành một mô hình phát triển ở nhiều nơi như: Hà Nội, Hà Nam, Hải
Dương, Thái Nguyên [6].
2.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
2.2.1 Trên thế giới.
Cuối những năm 1890 đánh dấu sự xuất hiện của một loại bể chứa phân
được đậy kín bởi việc đăng ký bản quyền của Louis ,Mouras (ở Pháp). Đến
năm 1930, phân hủy hiếm khí các phế thải nông nghiệp để tạo ra khí ga bắt
đầu xuất hiện. Phong trào này phát triển mạnh ở Pháp và Đức vào những năm
1940 (khoảng thời gian diễn ra chiến tranh thế giới thứ 2). Những năm 1960,
quá trình ủ lên men tạo khí ga chỉ được chú trọng áp dụng để xử lý phân động
vật. Nhưng đến năm 1970 khi cuộc khủng hoảng năng lượng xẩy gia đã tạo
tiền đề cho việc phát triển phân hủy yếm khí phân thải để sản xuất ra khí đốt.
Một số công trình nghiên cứu và kết quả thành công đánh dấu sự phát triển
này là:
- Cuốn sách sản xuất metan từ phân lợn bằng quá trình Mesophilic của
tác giả Humenik và cộng sự, năm 1979.
- Tài liệu về phân hủy yếm khí của Hội nghị quốc tế về chất thải chăn
nuôi, năm 1980.
Tuy nhiên, những năm sau đó mối quan tâm giành cho công nghệ
Biogas bị suy giảm do giá thành của nhiên liệu tạo ra thấp và do gặp phải một
số vấn đề kỹ thuật với bể ủ Biogas. Mối quan tâm này chỉ thực sự được phục
hồi vào những năm 1990, được đánh dấu bởi:
- Chương trình AgSTAR của Mỹ về xử lý chất thải và sản xuất năng
lượng: kết quả là 75 hệ thống ủ cho các trại nuôi lợn và trại sản xuất bơ sữa.