Tài liệu đánh giá hiệu quả bể biogas plastic nổi trong xử lý chất thải trại lợn tân thái, huyện đồng hỷ, tỉnh thái nguyên.

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: 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 : Chính quy Chuyên ngành Lớp : Khoa học Môi trường : K45 – KHMT - N04 Khoa : Môi Trường Khóa học : 2013 – 2017 Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Văn Điền Thái Nguyên, năm 2017 i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn “Đánh giá hiệu quả bể biogas plastic nổi trong xử lý chất thải Trại lợn Tân Thái, Huyện Đồng Hỷ, Tỉnh Thái Nguyên” em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ các cơ quan, các 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 Bảng 2.4: Tỷ lệ C/N của một số loại phân ........................................................ 13 Bảng 2.5: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kị khí ....... 14 Bảng 3.1: Một số chỉ tiêu phân tích nước thải trước và sau xử lý biogas .......... 30 Bảng 3.2: Một số chỉ tiêu phân tích nước mặt ao bèo ...................................... 30 Bảng 4.1: Số lượng đàn tại trang trại ................................................................ 34 Bảng 4.2. Công suất nước thải.......................................................................... 37 Bảng 4.3. Kết quả phân tích của một số chỉ tiêu nước thải chăn nuôi trước và sau khi sử lý bằng Biogas ngày 17/4/2017 ................................................ 38 Bảng 4.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu nước mặt ao bèo........................... 44 iii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 2.2. Hình ảnh minh họa ........................................................................... 19 Hình 2.3. Mô hình Biogas trong thực tế ........................................................... 21 Hình 4.1. Sơ đồ hệ thống xử lý chất thải của trang trại ..................................... 36 Hình 4.2: Biểu đồ so sánh hàm lượng COD đầu vào và đầu ra của bể Biogas . 40 Hình 4.3: Biểu đồ so sánh hàm lượng BOD5 đầu vào và đầu ra của bể Biogas .. 41 Hình 4.4: Biểu đồ so sánh hàm lượng NTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .... 42 Hình 4.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng PTS đầu vào và đầu ra của bể Biogas .... 43 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BOD : Biochemic Oxygen Demand 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 : Ủy ban nhân dân VAC : Vườn ao chuồng VSMTNT : Vệ sinh môi trường nông thôn VSV : Vi sinh vật v MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................... iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................. iv MỤC LỤC ........................................................................................................ v PHẦN I. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 1.2. Mục tiêu ...................................................................................................... 2 1.3. Yêu cầu của đề tài ....................................................................................... 2 1.4. Ý nghĩa của đề tài ........................................................................................ 3 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 4 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 4.1.1. Điều kiện cơ sở vật chất kỹ thuật của Trại lợn Tân Thái ......................... 32 4.1.2. Tình hình sản xuất chăn nuôi lợn tại Trại Lợn Tân Thái ......................... 33 4.2.3. Cơ cấu tổ chức của Trại lợn Tân Thái ..................................................... 35 4.3. Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại trang trại lợn Tân Thái...................................................................................... 35 4.3.1.Hiện trạng nước thải từ trang trại. ............................................................ 35 4.3.2. Hệ thống xử lý chất thải Trại lợn Tân Thái. ............................................ 36 4.3.3. Nguyên tắc vận hành .............................................................................. 37 4.2.Công suất nước thải .................................................................................... 37 4.3.4. Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi của bể Biogas ................... 38 4.3.5. Đánh giá môi trường nước mặt ao( ao bèo)............................................. 44 vii 4.3.6. Đánh giá hiệu quả đối với môi trường từ việc sử dụng Biogas tại trang trại. 45 4.3.7. Đánh giá hiệu quả từ việc sử dụng Biogas tại trang trại .......................... 46 4.4.Những khó khăn thuận lợi và đề xuất một số giải pháp khắc phục và nâng cao hiệu quả sử dụng Biogas ............................................................................ 47 4.4.1. Những thuận lợi...................................................................................... 47 4.4.2.Những khó khăn ...................................................................................... 48 4.4.3. Đề xuất một số giải pháp và nâng cao hiệu quả sử dụng Biogas. ............ 48 PHẦN 5. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ............................................................... 51 5.1. Kết luận ..................................................................................................... 51 5.2. Kiến nghị................................................................................................... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 53 1 PHẦN I 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. 2 Trước thực trạng đó, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền vững đòi hỏi phải có các biện pháp quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi hữu hiệu. Thực tế, có rất nhiều dự án nghiên cứu của nhiều tổ chức, cá nhân về việc giải quyết chất thải từ hoạt động chăn nuôi để giảm nguy cơ ô nhiễm cũng như tận dụng lại chất thải chăn nuôi làm nguồn nguyên liệu phục vụ cho các hoạt động nông nghiệp khác. Trong đó, việc tận dụng chất thải chăn nuôi để tạo ra biogas được coi là một biện pháp hiệu quả nhất, không những giảm được nguy cơ ô nhiễm, giải quyết được bài toán năng lượng phục vụ cho sinh hoạt mà còn là giải pháp kinh tế cho những người dân ở nông thôn. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm. Xuất phát từ những yêu cầu trên, em tiến hành thực hiện 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 ’’ hướng đến mục tiêu mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng công nghệ Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi, đem lại lợi ích kinh tế, nhằm góp phần giải quyết vấn nạn ô nhiễm đang đe dọa môi trường, đáp ứng yêu cầu phát triển nông nghiệp bền vững và xây dựng nông thôn mới ở địa phương. 1.2. Mục tiêu Đánh giá được hiệu quả xử lý môi trường của bể Biogas Plastic nổi trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô trang trại tại trang trại lợn Tân Thái– Huyện Đồng Hỷ – Thái Nguyên 1.3. Yêu cầu của đề tài - Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của bể Biogas tại Trại lợn Tân Thái - Tình hình sử dụng Biogas tại trang Trại - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả xử dụng Biogas tại trang trại lợn Tân Thái. 3 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 của nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật. - Theo hiến chương Châu Âu: Ô nhiễm môi trường nước là sự biến đổi chu yếu do con người gây ra đối với chất lượng nước làm ô nhiễm nước và gây nguy hại cho việc sử dụng, cho nông nghiệp, nuôi cấ, nghỉ ngơi, giải trí,cho động vật nuôi cũng như các loài hoang dại. 2.1.2. Nguồn gốc phát sinh chất thải chăn nuôi Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, xác xúc vật chết, thức ăn dư thừa của vật nuôi, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác, độ ẩm từ 50% - 83% và tỉ lệ NPK cao. Chất thải lỏng (nước thải) có độ ẩm cao hơn thường là từ 93% - 5 98% gồm phần lớn là nước thải của vật nuôi, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hòa tan. Chất thải khí là các loại khí sinh ra trong quá trình chăn nuôi, quá trình phân hủy các chất hữu cơ ở dạng rắn và lỏng (Nguyễn Quang khải...,2009) [7]. 2.1.3. Phân loại chất thải chăn nuôi - Chất thải rắn: + Phân: Lượng phân gia súc thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc. + Xác xúc vật chết: Xác xúc vật chết do bệnh là nguồn ô nhiễm chính cần phải xử lý triệt để nhằm tránh lây lan bệnh cho người và vật nuôi. + Thức ăn dư thừa, vật liệu lót chuồng và các chất thải khác: Loại chất thải này có thành phần đa dạng như cám, bột cá, bột thịt, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, rơm rạ…Vì vậy nếu không được xử lý tốt hoặc không đúng phương pháp thì nó sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng xung quanh và tác hại trực tiếp đến cơ sở chăn nuôi. - Chất thải lỏng: Trong các loại chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối lượng lớn nhất. Đặc biệt khi lượng nước thải rửa 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 dụng cho trồng trọt như tưới, bón cho cây, rau, củ, quả, dùng làm thức ăn cho người và động vật là không hợp lý. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho người và gia súc đặc biệt là các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun đũa, sán lá…khi dùng nước thải chưa được xử lí người ta thấy rằng có salmonella và trứng kí sinh trùng trong đất ở độ sâu 50 cm và có thể tồn tại được 2 năm (Nguyễn phước Dân 2007) [5]. Bên cạnh đó việc sử dụng qua nhiều chất kháng sinh, chất diệt trùng, chất kích thích sinh trưởng sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường sống của người và gia súc. 7 - Ô nhiễm nguồn nước: Khi lượng chất thải chăn nuôi không được xử lý đúng cách thải vào môi trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước làm giảm quá mức lượng Oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước mặt gây ảnh hưởng tới hệ vi sinh vật nước. Là nguyên nhân tạo nên nguồn nước chết (nước đen, hôi thối, sinh vật không thể tồn tại) ảnh hưởng đến sức khỏe con người, động vật và môi trường sinh thái. Hai chất dinh dưỡng trong nước thải dễ gây nên vấn đề ô nhiễm nguồn nước đó là Nito và Photpho. Trong nước thải chăn nuôi có chứa một lượng lớn vi sinh vật gây bênh và trứng kí sinh trùng, chúng tồn tại trong nước thải với thời gian là khá lâu từ vài tháng cho đến vài năm. So với nước bề mặt, nước ngầm ít bị ô nhiễm hơn. Tuy nhiên với quy mô chăn nuôi ngày càng tập trung, lượng chất thải ngày càng nhiều phạm vi bảo vệ không đảm bảo thì nước thải chăn nuôi thấm nhập qua đất đi vào mạch nước ngầm và làm giảm chất lượng nước. Ảnh hưởng này có tác dụng lâu dài và khó có thể loại trừ. 2.1.5. Ứng dụng của chất thải chăn nuôi - Sản xuất phân bón hữu cơ từ phân gia súc: Phân của các loại vật nuôi là chất hữu cơ, nếu bón trực tiếp cho cây thì cây rất khó hấp thụ, bên cạnh đó phân còn mang nhiều bệnh truyền nhiễm. Nhưng nếu phân được ủ đúng kĩ 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 nghiệp). Các chất thải của gia súc và các chất hữu cơ được cho vào hầm kín, ở đó các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng thành các chất mùn và khí, khí này được thu lại qua một hệ thống đường dẫn tới lò đốt, phục vụ sinh hoạt của gia đình. Biogas là hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng 700ºC, nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870ºC. Thành phần của hỗn hợp khí như sau: - CH4 : 60 - 70%; - CO2 : 30 - 40%; - Hàm lượng hơi nước khoảng 30 - 160 g/m3 ; - Hàm lượng H2S khoảng 4 - 6 g/m3 . 9 Phần còn lại là một lượng khí nhỏ N2, H2, CO, NH3,...Trong hỗn hợp khí sinh vật ta thấy CH4 chiếm một lượng lớn và là khí được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng khi đốt. Các chất thải sau khi được phân hủy trong hầm kín gần như sạch và có thể thải ra môi trường, đặc biệt nước thải của hệ thống biogas có thể dùng tưới cho cây trồng. 2.2.2. Đặc tính Biogas Đối với khí biogas thì trọng lượng riêng khoảng 0,9 - 0,94 kg/m3 , trọng lượng riêng này thay đổi là do tỉ lệ CH4 với các khí khác trong hỗn hợp. Lượng H2S chiếm một tỷ lệ nhỏ nhưng có tác dụng trong việc xác định nơi hư hỏng của hầm để sửa chữa. Gas có tính dễ cháy trong không khí nếu được hòa lẫn với tỉ lệ 6 - 25 % mới có thể cháy được (vì thế sử dụng gas này có sự an toàn cao). Nếu hỗn hợp khí mà CH4 chỉ chiếm 60% thì 1m3 gas cần 8m3 không khí, nhưng thường khi đốt cháy tốt cần tỷ lệ gas trên không khí từ 1/9 - 1/10[7]. 2.2.3. Khái niệm Công trình Khí Sinh Học: Là công trình bao gồm thiết bị KSH, đường ống và dụng cụ sử dụng khí, bể lưu giữ và chế biến phân hữu cơ. 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 2,5 – 3,5 Gia cầm 60 - 115 0,07 – 0,09 Loài gia súc (Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý, 2005) Quá trình hình thành khí trong hầm Biogas trải qua ba giai đoạn với mỗi giai đoạn có sự có mặt của các chủng loại vi sinh vật khác nhau: - Giai đoạn thủy phân cơ chất: Trong chất thải hữu cơ làm nguyên liệu lên men metan cũng gồm các thành phần chủ yếu Hydratcacbon (chủ yếu là Xenluloza, tinh bột), Protein, Lipit. Ở giai đoạn này các thành phần nói trên bị phân hủy dưới tác động của men Hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn giản hơn có thể tan trong nước (các đường đơn, các peptit, glyxerin, axit béo, axit amin …). Các vi sinh vật tham gia vào giai đoạn này gồm Clostridium Thermocellum chuyển Xenluloza thành rượu etylic, Hydro, CO2, chuyển Xenluboza thành axit lactic, axit axetic. - Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ: Dưới tác động của các Enzyme thì các chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit Propionic, axit Butylic…), rượu etylic, rượu metylic, khí Cacbonic và khí Hidro. Trong giai đoạn này chúng ta có thể gặp một số loài vi khuẩn sống trong điều kiện vô cùng kị khí như là Bacteroides Suminicola, Clostridium, Bifido Bacterium. - Giai đoạn hình thành metan: Đây là giai đoạn quan trọng nhất vì nó là giai đoạn hình thành khí metan, sản phẩm chủ yếu của Biogas. Dưới tác động 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 ngột của nhiệt độ, nhiệt độ thay đổi cho phép hàng ngày là 1ºC.