ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------

NÔNG XUÂN VƯƠNG
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ BIOGAS PLASTIC NỔI
TRONG XỬ LÝ CHẤT THẢI TRẠI LỢN TÂN THÁI
HUYỆN ĐỒNG HỶ, TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khóa học

: Chính quy
: Khoa học Môi trường
: Môi Trường
: 2013 – 2017

Thái Nguyên, năm 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
-------------------

NÔNG XUÂN VƯƠNG
Tên đề tài:

tổ chức và các cá nhân. Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất tới tất cả các tập
thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện nghiên
cứu luận văn này.
Trước hết em xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học
Nông lâm Thái Nguyên, Khoa Môi trường, cùng các thầy cô giáo, những người
đã trang bị kiến thức cho em trong quá trình học tập.
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất,em xin trân trọng cảm ơn
Thầy giáo, PGS.TS. Trần Văn Điền đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn khoa học
và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này.
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn trang trại, các cán bộ công nhân viên của
trang trại Tân Thái đã giúp đỡ, cung cấp thông tin, số liệu cho em trong suốt quá
trình thực hiện nghiên cứu luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình UBND xã Hóa Thượng - huyện
Đồng Hỷ - tỉnh Thái Nguyên đã tạo điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong thời
gian thực tập tại trang trại.
Do thời gian nghiên cứu có hạn, và đề tài mang tính mới, luận văn của
em chắc hẳn không thể tránh khỏi những sơ suất, thiếu sót, em rất mong nhận
được sự đóng góp của các thầy cô giáo cùng toàn thể bạn đọc.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2017
Sinh viên
NÔNG XUÂN VƯƠNG


ii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu ...................... 10
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật ..................... 13
Bảng 2.3: Thành phần của KSH ....................................................................... 13

BTNMT

: Bộ tài nguyên môi trường

BVMT

: Bảo vệ môi trường

COD

: Chemical Oxygen Demand

QCVN

: Quy chẩn Việt Nam

KSH

: Khí Sinh Học

NN&PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn
TCVN

: Tiêu chuẩn Việt Nam

THCS

: Trung học cơ sở

UBND

2.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi ................................................................ 4
2.1.2. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi .................................................. 4
2.1.3. Phân loại chất thải chăn nuôi .................................................................... 5
2.1.4. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi ......................................... 6
2.1.5. Ứng dụng của chất thải chăn nuôi ............................................................. 7
2.2. Biogas và công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi ....................... 8
2.2.1. Khái niệm Biogas ..................................................................................... 8
2.2.2. Đặc tính Biogas ........................................................................................ 9
2.2.3. Khái niệm Công trình Khí Sinh Học: ........................................................ 9
2.2.4. Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí Biogas .................................. 9
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh Biogas .................................... 11
2.2.6. Ứng dụng của Biogas trong đời sống và sản xuất ................................... 15
2.2.7. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas ................... 16


vi
2.2.8. Một số dạng hầm ủ Biogas ở Việt Nam .................................................. 18
2.3. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới và ở Việt Nam .............................. 22
2.3.1. Tình hình sử dụng Biogas trên thế giới ................................................... 22
2.3.2. Tình hình sử dụng Biogas tại Việt Nam .................................................. 24
PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 29
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 29
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................. 29
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 29
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu .............................................................. 29
3.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 29
3.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 29
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................. 32
4.1. Điều kiện cơ sở vật chất và tình hình sản xuất chăn nuôi lợn tại Trại Lợn
Tân Thái ........................................................................................................... 32

MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện đang giữ vai trò chủ
đạo,sự phát triển của ngành trồng trọt đã góp phần thúc đẩy ngành chăn nuôi
phát triển và giữ vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp.Tuy nhiên việc
tăng trưởng chăn nuôi một cách nhanh chóng đã gây ra không ít tác động tiêu
cực đến môi trường do chất thải trong chăn nuôi.Việc tìm giải pháp phù hợp
để xử lý chất thải sau chăn nuôi trước khi thải ra môi trường là hết sức cần
thiết cho sự phát triển nông nghiệp bền vững.Ở nước ta,việc nghiên cứu các
ứng dụng rộng rãi,công nghệ khí sinh học là một trong những giải pháp chủ
yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường ,cung cấp nguồn chất đốt ,tiết
kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Theo Cục chăn nuôi Bộ
Nông Nghiệp và Phát Triển nông thôn (NN&PTNT),mỗi năm nghành chăn
nuôi gia súc gia cầm thải ra khoảng 75 – 85 triệu tấn chất thải ,với phương
thức sử dụng phân chuồng không qua xử lý ổn định và nước thải không qua
xử lý xả trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm nghiêm trọng.
Hiện nay, hình thức chăn nuôi truyền thống như chuồng trại gần nhà,
thậm chí ở một số nơi nuôi gia súc gia cầm trong nhà, chất thải chăn nuôi
trược tiếp thải ra môi trường khi chưa qua xử lý , không những gây mùi hôi
khó chịu, gây ô nhiễm môi trường xung quanh mà còn gây mất vẻ mỹ quan
môi trường. Phân và nước thải từ các hộ chăn nuôi thải ra môi trường chưa
qua xử lý trở thành mối đe dọa trực tiếp tới sức khỏe con người và cả vật nuôi
và đó còn là môi trường lý tưởng cho ruồi nhặng phát triển. Mật độ ruồi
nhặng cao gây ra những bất tiện trong sinh hoạt, chúng còn là những kí chủ
trung gian truyền nhiều bệnh truyền nhiễm hết sức nguy hiểm cho con người,
vật nuôi. Bên cạnh đó, mùi hôi thối của phân gia súc, gia cầm cũng là mối
phiền toái đáng kể không những cho chính hộ chăn nuôi mà còn ảnh hưởng
đến các hộ dân sống gần khu vực chăn nuôi.



1.4. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa học tập và khoa học:
+ Nâng cao kiến thức và kĩ năng , rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ
công tác bảo vệ môi trường, vận dụng, phát huy và nâng cao kiến thức đã học.
+ Kết quả nghiên cứu của để tài là cơ sở khoa học cho những nghiên
cứu tiếp theo về vật liệu và thiết kế các bể Biogas hiệu quả kinh tế và môi
trường
- Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở cho mở rộng
quy mô và phạm vi áp dụng bể Biogas Plastic nổi trong xử lý chất thải chăn
nuôi tại địa phương


4
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về chất thải chăn nuôi
2.1.1.1. Định nghĩa về chất thải chăn nuôi
Chất thải chăn nuôi là chất thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như
phân, nước tiểu, thức ăn thừa, xác xúc vật…. Chất thải trong chăn nuôi được
chia ra làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng, chất thải khí. Trong chất thải
chăn nuôi có nhiều chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật và trứng kí sinh trùng có
thể gây bệnh cho động vật và con người (bộ NN&PTNT,cục nông nghiệp,
2005)[2].
2.1.1.2. Ô nhiễm môi trường
Theo định nghĩa của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) thì “Ô nhiễm
môitrường là sự đưa vào môi trường các chất thải nguy hại hoặc năng lượng
đếnmức ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe con người hoặc
làm suy thoái chất lượng môi trường”.
2.1.1.3. Ô nhiễm môi trường nước
- Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất

chuồng được hòa chung với nước tiểu của gia súc và nước tắm gia súc. Đây
cũng là chất thải khó quản lý, khó sử dụng. Mặt khác nước thải chăn nuôi có
ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử
lý nó
- Chất thải khí: Mùi hôi chuồng nuôi là là hỗn hợp khí được tạo ra bởi
quá trình phân hủy kị khí và hiếu khí của các chất thải chăn nuôi, quá trình
thối rữa của các chất hữu cơ trong phân, nước tiểu gia súc hay thức ăn thừa sẽ
sinh ra các khí độc hại và các khí có mùi hôi thối khó chịu. Cường độ của mùi
hôi sẽ phụ thuộc vào điều kiện mật độ nuôi cao, sự thông thoáng kém, nhiệt
độ và độ ẩm không khí cao. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi


6
tùy theo giai đoạn phân hủy chất hữu cơ tùy theo thành phần của thức ăn, hệ
thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi. Các khí này có mặt
thường xuyên và gây ô nhiễm chính, các khí này có thể gây hại đến sức khỏe
con người và vật nuôi, trong đó NH3, H2S, CH4 được quan tâm nhất. Khí NH3
và H2S được hình thành chủ yếu trong quá trình thối rữa của phân, ngoài ra
NH3 còn được hình thành từ sự phân giải urê của nước tiểu.
2.1.4. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi
- Ô nhiễm môi trường không khí: Trong chất thải chăn nuôi luôn tồn tại
một lượng lớn vi sinh vật hoại sinh. Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan
phân hủy các chất hữu cơ và tạo ra các chất vô cơ: NO2, NO3, SO3, CO3 quá
trình này xảy ra nhanh không tạo mùi thối. Nếu lượng chất hữu cơ có quá
nhiều vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng hết lượng oxy hòa tan trong nước làm
khả năng hoạt động phân hủy của chúng kém, gia tăng quá trình phân hủy
yếm khí tạo ra các sản phẩm NH3, H2S, CH4, H2, indol…tạo mùi hôi, nước có
màu đen có váng, là nguyên nhân làm gia tăng bệnh về đường hô hấp, tim
mạch ở người và động vật(BNN&PTNT,2011)[4].
- Ô nhiễm đất: Chất thải chăn nuôi khi không được xử lý mang đi sử

thuật thì các chất hữu cơ sẽ chuyển sang dạng vô cơ khi đó phân sẽ có tác
dụng tốt hơn.
- Làm thức ăn thủy sản: Trong nghề nuôi cá việc xử lí và tận dụng
phân hữu cơ là một hướng có nhiều ưu điểm: giảm chi phí thức ăn cho cá
đồng thời bảo vệ môi trường khỏi bị ô nhiễm. Các chuyên gia cũng đưa ra các
kết luận sau khi nghiên cứu về vấn đề sử dụng chất thải chăn nuôi làm thức ăn
cho cá: khi nuôi cá chép thì lượng phân của 30 - 45 con lợn đủ cho diện tích
1ha mặt ao nuôi; nuôi cá rô phi thì cần 50 - 100 con cho 1ha mặt ao. Số phân
tối đa có thể dùng cho các ao nuôi cá không được vượt quá 20 tạ/ ha mặt nước


8
trên một ngày đêm, để tránh sự quá tải dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và làm cá
chết. Tuy nhiên cần chú ý sau mỗi vụ thu hoạch cá cần tẩy sạch đáy ao, phơi
khô, tiệt trùng để đảm bảo hiệu quả cho vụ nuôi tiếp theo(Nguyễn phước
Dân,2007) [5]. Áp dụng mô hình VAC chính là mô hình tận dụng vật thải môt
cách tối đa.
- Làm hầm ủ biogas: Một trong những biện pháp xử lý chất thải chăn
nuôi là ủ biogas. Nguyên lý ủ Biogas dựa trên sự phân hủy yếm khí các hợp
chất hữu cơ của vi sinh vật yếm khí, hỗn hợp khí sinh ra gồm: NH3, H2S,
CH4...trong đó CH4 là sản phẩm chủ yếu. Hầm ủ Biogas có các lợi ích: hạn
chế mùi hôi thối, hạn chế các loài ruồi, muỗi, giun sán, vi sinh vật gây bệnh
phát triển, góp phần giữ vệ sinh môi trường, vệ sinh phòng bệnh. Cung cấp
khí sinh học để đun nấu, thắp sáng, chi phí xây dụng phù hợp với khả năng
của hộ nông dân, hiện được Nhà nước hỗ trợ một phần kinh phí (Ấn phẩm
,2013)[1].
2.2. Biogas và công nghệ Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi
2.2.1. Khái niệm Biogas
Biogas (khí sinh học) là một loại khí đốt sinh học được tạo ra khi phân
hủy yếm khí phân thải ra của gia súc và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông

2.2.4. Các phản ứng hóa học và sự hình thành khí Biogas
Khí sinh học có thể thu được từ bất kỳ chất thải hữu cơ nào và giải
phóng được một lượng khí Biogas từ 0,4 - 0,6 m3 /kg nguyên liệu hữu cơ khô.
Phân ra gia súc có thể được dùng làm “chất mồi” ban đầu, phối trộn với các
chất thải thực vật, hoạt động quy trình kỹ thuật dưới tác dụng của VSV yếm
khí sẽ cho khí biogas và phân hữu cơ sinh học:
- Các nguyên liệu chứa lignhin như rơm rạ băm nhỏ trộn với nước
trước khi cho vào ủ để phân hủy.
- Sản lượng khí hàng ngày của một số nguyên liệu:


10
Bảng 2.1. Sản lượng khí hàng ngày của một số loại nguyên liệu
Lượng gas từ phân

Lượng phân gia súc

(lít/kg phân)

(kg/ngày)

Trâu, bò

22 – 40

5 - 15

Lợn

40 – 60

của các vi khuẩn các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành khí
metan, Cacbonic,Oxy, Nitơ, Hidro, Sunfua… các vi sinh vật tham gia vào quá


11
trình này là metanobacterium thermoaseticum, methanosarcina barkeri… sự
tạo thành metan có thể diễn ra theo hai các sau:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
CH3COOH → CH4 + CO2
- Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ bị phân hủy thành CH4 theo
chuỗi phản ứng sau:
R- COOH → R1COOH → CH3COOH → CH4 + O2
- Các vi sinh vật ưa ấm hoạt động nhiệt độ tối ưu là 30 - 45ºC, nhiệt độ
tối ưu đối với vinh sinh vật chịu nhiệt là 50 - 55ºC, pH thích hợp 6,5 - 8.
- Trên thực tế cả 3 quá trình trên hoạt động cùng 1 lúc, liên tục và đồng
bộ như một dây chuyền sản xuất, nó ảnh hưởng lẫn nhau, vì thế một giai đoạn
bất thường sẽ làm kìm hãm, thậm chí còn gây tê liệt cả hệ thống.
2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh Biogas
2.2.5.1. Điều kiện kỵ khí tuyệt đối
- Là sự lên men để phân hủy một hợp chất hữu cơ trong hầm ủ đòi
hỏi phải ở ky khí hoàn toàn. Vì sự có mặt của Oxy sẽ ảnh hưởng lớn đến
khả năng hoạt động của vi sinh vật tạo khí, sự tạo khí có thể giảm đi hay
ngừng hẳn.
2.2.5.2. Nhiệt độ
- Nhiệt độ cũng làm thay đổi đến quá trình sinh khí gas trong hầm ủ, vì
nhóm vi khuẩn yếm khí rất nhạy cảm với nhiệt độ. Chúng hoạt động tối ưu ở
31ºC - 36ºC, dưới 10ºC nhóm vi khuẩn này hoạt động yếu, dẫn đến gas và áp
lực gas sẽ yếu đi. Tuy nhiên, nhiệt độ cho chúng hoạt động cũng có thể thấp
hơn nhiệt độ tối ưu trung bình vào khoảng 20 - 30ºC cũng thuận lợi cho chúng
hoạt động. Nhóm vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với sự thay đổi đột


13
Bảng 2.2: Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật
Thành phần phân rắn
Nitơ %
P2O5 %
K2O %
80
1,67
1,11
0,056
75
2,29
1,25
1,38
82
3,75
3,13
2,2
56
6,27
5,92
3,27
52
5,68
5,74
3,23
(Nguồn: Bộ NN & PTNT, Cục chăn nuôi, 2008)[3]

Động vật

0-3
Hidro sunfua - H2S
0-3
(Nguồn: Bộ NN & PTNT, Cục chăn nuôi, 2008) [3]

- Thành phần chủ yếu là N ở dạng Nitrate, Protein.amoniac ( N: tham
gia cấu trúc tế bào), C ở dạng Cacbonhydrate (C: tạo năng lượng),mà hai yếu
tố trên rất quan trọng cho hoạt đọng của VSV kị khí,tỷ lệ C/N thích hợp từ
25/1 đến 30/1 cho sự phân hủy kỵ khí tốt[8].tỷ lệ C/N của một số loại phâ
Bảng 2.4: Tỷ lệ C/N của một số loại phân
Loại phân
Trâu bò
Lợn
Gà
Người

Tỷ lệ C/N
25/1
13/1
5/1-10/1
2,9/1


14
2.2.5.9. Một số yếu tố khác
- Ngoài các yếu tố đã trình bày ở trên, số lượng gas tạo ra nhiều hay ít
còn phụ thuộc vào một số yếu tố sau:
+ Chiều dài và chiều rộng của hầm Biogas: yếu tố này có liên quan đến
thời gian lưu lại của dịch phân ngắn hay dài và số lượng phân phù hợp với
kích cỡ hầm.

Cr
Ni
CNABS(*)
NH3
Na
K
Ca
Mg

Đơn vị
Hàm lượng
ppm
5.000
ppm
40.000
Mg/ml
0.05
Mg/l
100
Mg/l
200
Mg/l
200-500
Mg/l
25
Ppm
20-40
Mg/l
1.500-3.000
Mg/l

biogas làm giảm mùi hôi không thấy ruồi nhặng đeo bám, đặc biệt là kí sinh
trùng và các mầm bệnh lây lan bị tiêu diệt đáng kể.
+ Nước thải sau quá trình ủ biogas có thể sử dụng dễ dàng để kết hợp
trong mô hình VAC: Phụ phẩm khí sinh học có thể làm phân bón, nước xả khí
sinh học có thể làm thức ăn bổ sung cho lợn, cá [1]. Có thể dùng để nuôi tảo,
bèo để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm. Nước thải của hệ thống đã diệt hết
99% trứng giun sán tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới rau sạch.


16
2.2.7. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí Biogas
Việc ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas trong chăn nuôi có hiệu quả
hay không phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Hiệu quả phải được xem xét trên 3
mặt: Hiệu quả kinh tế, hiệu quả xã hội, hiệu quả môi trường.
- Phải xem đến lợi ích trước mắt và lâu dài.
- Phải xem cả lợi ích riêng của người sử dụng và lợi ích chung của cả
cộng đồng.
- Phải xem xét hiệu quả sử dụng công nghệ Bbiogas và hiệu quả sử
dụng nguồn lực khác.
Khi đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ hầm khí Biogas người ta
cũng đánh giá trên ba khía cạnh: Hiệu quả về mặt kinh tế, hiệu quả về mặt xã
hội, hiệu quả về mặt môi trường.
2.2.7.1. Hiệu quả kinh tế
- Hiệu quả là một phạm trù kinh tế phản ánh mặt chất lượng của các
hoạt động kinh tế. Mục đích của sản xuất và phát triển kinh tế, xã hội là đáp
ứng nhu cầu ngày càng tăng về vật chất, tinh thần của toàn xã hội, khi nguồn
lực sản xuất của xã hội ngày càng khan hiếm, việc nâng cao hiệu quả là một
đòi hỏi khách quan của mọi nền sản xuất xã hội.
- Hiệu quả kinh tế được hiểu là mối tương quan so sánh giữa kết quả
đạt được và lượng chi phí bỏ ra trong hoạt động sản xuất kinh doanh. Kết quả