Tài liệu Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas và hiệu quả của mô hình trong việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại thị trấn na hang huyện na hang tỉnh tuyên quang

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM HÀ THỊ THÙY Tên đề tài: “KHẢO SÁT TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS VÀ HIỆU QUẢ CỦA MÔ HÌNH TRONG VIỆC XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI LỢN QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI THỊ TRẤN NA HANG HUYỆN NA HANG - TỈNH TUYÊN QUANG” KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Liên thông chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường Lớp : K9 - KHMT Khóa học : 2013 - 2015 Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng THÁI NGUYÊN - 2014 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, dưới sự chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn và được phía nhà trường tạo điều kiện thuận lợi, em đã có một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và học tập để hoàn thành đề tài. Kết quả thu được không chỉ do nỗ lực của cá nhân mà còn có sự giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và các bạn. Trong trang đầu tiên của khóa luận, em xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới: Ban giám hiệu cùng toàn thể các thầy cô giáo của Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi và trang bị cho em những kiến thức bổ ích trong suốt thời gian học tập tại trường. Đặc biệt là các thầy cô giáo Khoa Môi Trường của trường đã trang bị cho em những kiến thức quý báu về ngành Khoa học môi trường làm hành trang cho em trong cuộc sống cũng như công việc sau này. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc Thầy giáo PGS. TS Nguyễn Thế Hùng, Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và chia sẻ cho em nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực tập vừa qua và đã giúp đỡ cho em hoàn thành tốt báo cáo này. Em xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo cùng toàn thể các anh chị chuyên viên Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Na Hang, tỉnh Tuyên Quang đã tiếp nhận và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình thực tập tại cơ quan. Ngoài ra, trong quá trình thực hiện khóa luận em còn nhận được rất nhiều sự động viên và giúp đỡ từ phía gia đình, người thân và các bạn trong lớp. Do đó kết quả cũng như tính khả dụng của bài khóa luận này trong thực tế là lời cảm ơn sâu sắc nhất của em gửi tới mọi người và là nguồn động lực để em có thể tự tin về kiến thức mình đã thu được sau khi tốt nghiệp. Trong quá trình học tập và báo cáo, do còn nhiều hạn chế về kiến thức học tập cũng như kinh nghiệm thực tế nên không tránh khỏi những sai sót mong các Thầy cô chỉ bảo thêm giúp em hoàn thành báo cáo và đạt kết quả tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn và kính chúc quý thầy cô và các bạn sức khỏe! Thái nguyên, ngày 25 tháng 8 năm 2014 Sinh viên thực hiện Hà Thị Thùy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Ước lượng chất thải phát sinh từ một số loài vật nuôi ....................... 5 Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong phân của một số loại vật nuôi .................. 6 Bảng 2.3 Một số thành phần vi sinh vật trong phân lợn .................................... 6 Bảng 2.4 Thành phần hóa học trong nước tiểu lợn ............................................ 7 Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn ............................................... 8 Bảng 2.6 Điển hình thành phần của khí sinh học ............................................ 10 Bảng 2.7 Sản lượng khí sinh ra hàng ngày ...................................................... 10 Bảng 2.8 Tỉ lệ C/N trong phân gia súc, gia cầm .............................................. 13 Bảng 2.9 Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu ... 14 Bảng 4.1 Diện tích và năng suất một số loại cây trồng tại thị trấn Na Hang... 24 Bảng 4.2 Kết quả điều tra, thống kê đàn gia súc.............................................. 25 Bảng 4.3 So sánh ưu, nhược điểm của hầm ủ biogas chất liệu nhựa Composite và hầm ủ biogas xây bằng gạch ........................................................... 27 Bảng 4.4 Hiện trạng lắp đặt hầm biogas của các tổ dân phố trong thị trấn ..... 29 Bảng 4.5 Kết quả điều tra về kênh thông tin người dân biết đến biogas ......... 30 Bảng 4.6 Kết quả điều tra về lý do người dân lắp đặt hầm ủ biogas ............... 31 Bảng 4.7 Sự phát triển về số lượng của hầm ủ biogas trên địa bàn thị trấn theo thời gian ............................................................................................... 31 Bảng 4.8 Các kiểu hầm biogas được lắp đặt trên địa bàn và chi phí lắp đặt .. 32 Bảng 4.9 Kết quả điều tra về số lượng lợn được duy trì thường xuyên trong chuồng nuôi của mỗi hộ dân ................................................................ 32 Bảng 4.10 Kết quả điều tra về số lượng các loại hầm biogas qua các năm ..... 33 Bảng 4.11 Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn trước khi qua bể biogas .............................................................................................. 34 Bảng 4.12 Nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi lợn sau khi qua bể biogas .... 34 Bảng 4.13 Chi phí tiết kiệm của 2 hộ gia đình khi sử dụng biogas ................. 36 DANH MỤC HÌNH Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện tỷ lệ các kênh thông tin mà người dân biết đến biogas ..... 30 Hình 4.2 Biểu đồ tỷ lệ số lượng hầm biogas được lắp đặt qua các năm .......... 31 Hình 4.3 Biểu đồ thể hiện số lượng của mỗi loại hầm biogas được xây dựng qua các năm.......................................................................................... 33 MỤC LỤC PHẦN 1. MỞ ĐẦU ........................................................................................... 1 1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................ 1 1.2 Mục tiêu của đề tài ................................................................................... 2 1.3 Yêu cầu của đề tài .................................................................................... 2 1.4 Ý nghĩa của đề tài..................................................................................... 2 PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................ 3 2.1 Cơ sở lý luận của đề tài ............................................................................ 3 2.1.1 Các khái niệm .................................................................................... 3 2.1.2 Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi. ....................................... 3 2.1.3 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn ................................................ 4 2.1.4 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại địa phương ................. 8 2.1.5 Công nghệ biogas............................................................................... 9 2.2 Cơ sở thực tiễn. ...................................................................................... 15 PHẦN 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 17 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................... 17 3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ......................................................... 17 3.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 17 3.4 Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................... 17 3.4.1 Phương pháp kế thừa ....................................................................... 17 3.4.2 Phương pháp điều tra thu thập thông tin.......................................... 17 3.4.3 Phương pháp nghiên cứu tài liệu ..................................................... 18 3.4.4 Phương pháp phân tích thống kê ..................................................... 18 3.4.5 Phương pháp tổng hợp, đánh giá, so sánh ....................................... 18 3.4.6 Phương pháp xử lý và thống kê số liệu ........................................... 18 PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ............................ 19 4.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội thị trấn Na Hang. ............................ 19 4.1.1 Điều kiện tự nhiên............................................................................ 19 4.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội ................................................................... 21 4.1.3 Hiện trạng phát triển nông nghiệp ................................................... 24 4.2 Tình hình lắp đặt hầm ủ Biogas ở Thị trấn Na Hang............................. 26 4.2.1 Các loại hầm ủ biogas được sử dụng trên địa bàn thị trấn Na Hang.........26 4.2.2 Hiện trạng lắp đặt hầm ủ biogas. ..................................................... 29 4.3 Đánh giá hiệu quả khi sử dụng hầm biogas để xử lý chất thải chăn nuôi .......34 4.3.1 Về môi trường .................................................................................. 34 4.3.2 Về kinh tế ......................................................................................... 35 4.4 Lợi ích và những khó khăn thuận lợi khi lắp đặt hầm ủ biogas. ........... 37 4.4.1 Lợi ích: ............................................................................................. 37 4.4.2 Thuận lợi. ......................................................................................... 39 4.4.3 Khó khăn. ......................................................................................... 39 4.5 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas. .................... 39 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................... 44 5.1 Kết luận .................................................................................................. 41 5.2 Kiến nghị ................................................................................................ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 43 1 PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu. Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có từ sự phân hủy của các loại phân chuồng gia súc như trâu, bò, lợn… đó chính là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Biogas là nguồn năng lượng sạch đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Công nghệ Biogas không những giải quyết được tình trạng ô nhiễm môi trường mà còn cung cấp nguồn năng lượng sạch phục vụ đun nấu, thắp sáng trong gia đình góp phần quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Ở nước ta, ngành chăn nuôi đã có nhiều bước phát triển mạnh góp phần không nhỏ trong việc phát triển kinh tế và tăng thu nhập cho người nông dân, giúp người nông dân làm giàu, nâng cao mức sống. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của đàn gia súc cùng với lượng chất thải khổng lồ thải ra mỗi ngày cũng đã gây ra áp lực lớn lên môi trường. Việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp hiệu quả phù hợp với tình hình Việt Nam 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. Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình chăn nuôi ở vùng nông thôn là rất lớn. Na Hang là một huyện miền núi vùng cao, chủ yếu người dân sống dựa vào hoạt động trồng trọt, chăn nuôi gia súc, gia cầm. Chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường đang là một vấn đề bức xúc đòi hỏi phải có biện pháp giải quyết hiệu quả. Hoạt động chăn nuôi trên địa bàn chủ yếu là chăn nuôi lợn với lượng phân thải ra rất lớn và nặng mùi khó chịu, ngoài ra còn có các loại chất phụ phẩm như thức ăn thừa, chất độn chuồng… Các loại chất thải này không được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân. 2 Qua quá trình tìm hiểu và tiếp cận với công nghệ biogas thì công nghệ này đã và đang trở thành giải pháp hữu hiệu được người dân đón nhận tích cực để giải quyết vấn đề trên. Đề tài “Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas và hiệu quả của mô hình trong việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình tại thị trấn Na Hang-Huyện Na Hang-Tỉnh Tuyên Quang” để đánh giá những lợi ích mà biogas mang lại qua đó nâng cao hiệu quả sử dụng và mở rộng phạm vi ứng dụng hơn nữa. 1.2 Mục tiêu của đề tài - Đánh giá tình hình chăn nuôi và xử lý chất thải chăn nuôi của các hộ gia đình trên địa bàn thị trấn Na Hang. - Đánh giá tình hình ứng dụng hầm ủ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi tại thị trấn Na Hang. - Đánh giá hiệu quả môi trường và kinh tế mà mô hình mang lại. - Đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng của hầm biogas. 1.3 Yêu cầu của đề tài - Đưa ra được điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của thị trấn Na Hang. - Đảm bảo thông tin, số liệu đầy đủ, chính xác. - Phản ánh đúng tình trạng quản lý, sử dụng hầm biogas tại địa phương. - Các giải pháp đánh giá khả thi phù hợp với điều kiện của địa phương. 1.4 Ý nghĩa của đề tài Trong học tập và nghiên cứu khoa học: - Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. - Vận dụng và phát huy được những kiến thức đã học vào nghiên cứu khoa học. Trong thực tiễn: - Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao sự hiểu biết, quan tâm và ủng hộ của người dân về việc sử dụng hầm biogas trong sinh hoạt và sản xuất. - Làm căn cứ cho cơ quan chức năng tăng cường công tác tuyên truyền cho người dân về bảo vệ môi trường nông thôn. - Đề xuất các biện pháp quản lý và kỹ thuật để nâng cao hiệu quả sử dụng của hầm Bogas. 3 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cơ sở lý luận của đề tài 2.1.1 Các khái niệm Chất thải là những chất không còn được sử dụng cùng với những chất độc được xuất ra từ chúng. Chất thải của động vật trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo Biogas. Khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc, gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại và đặc điểm ngành của từng quốc gia. Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí. Vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và khí được sinh ra. Biogas là hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nito, hydro sunfua… 2.1.2 Những ảnh hưởng của chất thải chăn nuôi. Chất thải chăn nuôi là nguyên nhân gây ô nhiễm lớn cho môi trường tự nhiên, các khí thải từ vật nuôi chiếm tỉ trọng lớn trong các khí thải gây nên hiệu ứng nhà kính. Theo báo cáo của FAO, chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lượng Nito oxit (NO2) trong khí quyển. Đây là loại khí có khả năng hấp thu năng lượng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Động vật nuôi còn thải ra 9% lượng khí CO2 toàn cầu, 37% lượng khí Methane (CH4)_ loại khí có khả năng giữ nhiệt cao gấp 23 lần khí CO2. Theo thống kê năm 2010 của Cục chăn nuôi, cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình và 18000 trang trại nuôi tập trung với tổng đàn 300 triệu con gia cầm và hơn 37 triệu con gia súc, nguồn chất thải từ chăn nuôi ước khoảng 84,45 triệu tấn. Trong đó có khoảng 5 – 20% được sử dụng làm phân bón cho nông nghiệp dưới dạng phân tươi hoặc ủ thủ công, số phân còn lại được thải trực tiếp ra môi trường gây ô nhiễm môi trường. 4 Hiện nay, còn nhiều trang trại chăn nuôi lợn, bò hàng ngày thải ra một lượng lớn chất thải không được xử lý và đổ trực tiếp vào hệ thống thoát nước, kênh mương làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt, sản xuất của người dân, làm tăng tỉ lệ người mắc bệnh tiêu chảy và các bệnh về da liễu. Ô nhiễm do chất thải chăn nuôi không chỉ ảnh hưởng nặng tới môi trường sống dân cư mà còn gây ô nhiễm nguồn nước, tài nguyên đất và ảnh hưởng lớn đến kết quả sản xuất chăn nuôi. Các hoạt động gây ô nhiễm do chăn nuôi vẫn đang tiếp tục diễn ra ở nhiều nơi trên cả nước. Tình trạng chăn nuôi thả rông, chăn thả trên đất dốc, đầu nguồn nước… còn khá phổ biến đã làm tăng diện tích đất xói mòn, suy giảm chất lượng nước, giảm thiểu khả năng sản xuất nông nghiệp. Ô nhiễm môi trường còn dễ dàng làm phát sinh dich bệnh ảnh hưởng không nhỏ đến kết quả chăn nuôi. Trong những năm gần đây một số loại dịch bệnh nguy hiểm trên đàn gia súc, gia cầm đã bùng phát trên diện rộng như dịch lở mồm long móng, dịch bệnh tai xanh ở lợn, dịch cúm gia cầm… đã gây ra thiệt hại lớn cho ngành chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế của các hộ gia đình chăn nuôi. Một trong những nguyên nhân quan trọng dẫn đến sự bùng phát của dịch bệnh đó là tình trạng ô nhiễm môi trường ở chính trong khu vực chuồng trại và khu vực lân cận mà thường là do chất thải chăn nuôi của chính cơ sở đó gây nên. Ngoài ra, ngành chăn nuôi còn làm giảm lượng nước bổ sung cho các mạch nước ngầm do mất rừng và đất bị thoái hóa, chai cứng giảm khả năng thẩm thấu. Tất cả các tác động tiêu cực của ngành chăn nuôi đến môi trường dẫn đến một kết quả tất yếu là làm suy giảm đa dạng sinh học. Rõ ràng ngành chăn nuôi phát triển nếu không đi kèm với các biện pháp xử lý chất thải sẽ làm môi trường sống của con người xuống cấp nhanh chóng. Môi trường bị ô nhiễm lại tác động trực tiếp vào sức khỏe vật nuôi, phát sinh dịch bệnh, gây khó khăn trong công tác quản lý, giảm năng suất. Đó không phải là sự phát triển bền vững mà Việt Nam cũng như cả thế giới đang hướng tới. 2.1.3 Đặc điểm của chất thải chăn nuôi lợn Các loại chất thải chăn nuôi bao gồm: - Phân từ gia súc, gia cầm. - Chất độn chuồng. 5 - Nước thải từ chuồng trại: Nước tiểu, nước tắm gia súc, nước vệ sinh chuồng trại. - Các thức ăn chăn nuôi thừa. - Xác súc vật chết. - Phế phẩm nông nghiệp: Lá cây, cành cây, vỏ, hạt… Phân từ gia súc: Là những thành phần từ thức ăn, nước uống mà cơ thể gia súc không thể hấp thụ được và thải ra ngoài cơ thể. Phân gồm những thành phần: + Những dưỡng chất không tiêu hóa được của quá trình tiêu hóa vi sinh. + Các chất cặn bã của hệ tiêu hóa (trypsin, pepsin…), các mô tróc ra từ các niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài. + Các loại vi sinh vật trong thức ăn, ruột bị thải ra ngoài theo phân. Lượng phân: Lượng phân thải ra trong một ngày đêm phụ thuộc vào giống, loài, tuổi và khẩu phần ăn. Lượng phân lợn thải ra mỗi ngày có thể ước tính 6 – 8% trọng lượng vật nuôi. Lượng phân thải ra trung bình của lợn trong 24h được thể hiện trong bảng: Bảng 2.1 Ước lượng chất thải phát sinh từ một số loài vật nuôi Loại vật nuôi Khối lượng chất thải phát sinh (kg/con/ngày) Khối lượng chất thải có khả năng thu gom (kg/con/ngày) 5–8 0,3 0,25 0,75 Trâu, bò 10 – 15 Lợn 1,3 Cừu 0,75 Gia cầm 0,75 Thành phần trong phân lợn Những chất không tiêu hóa được hoặc những chất thoát khỏi sự tiêu hóa của vi sinh vật hay các men tiêu hóa, các khoáng chất cơ thể không sử dụng được. Các chất cặn bã của dịch tiêu hóa: trypsin, pepsin… Các mô tróc ra từ niêm mạc của ống tiêu hóa và chất nhờn theo phân ra ngoài. Các VSV bị nhiễm trong thức ăn, ruột: vi trùng, ấu trùng, trứng giun sán… bị tống ra ngoài. 6 Thành phần các chất trong phân lợn phụ thuộc vào các yếu tố: Thành phần dưỡng chất của thức ăn, nước uống.. Độ tuổi của lợn. Tình trạng sức khỏe của vật nuôi và nhu cầu cá thể: nhu cầu cá thể cao sử dụng dưỡng chất nhiều thì lượng phân thải ít và ngược lại. Bảng 2.2 Thành phần hóa học trong phân của một số loại vật nuôi Loại vật nuôi Thành phần phân rắn Lượng nước (%) Nito (%) P2O5 (%) K2O (%) Trâu, bò 80 1,67 1,11 0,056 Ngựa 75 2,29 1,25 1,38 Lợn 82 3,75 3,13 2,2 Gà 56 6,27 5,92 3,27 (Nguồn: Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành và bảo dưỡng hầm biogas Thái Đức, 2008) Kết quả trên chỉ ra rằng, phân chuồng ở dạng tươi chứa khoảng 70 – 80% lượng nước, 0,3 – 0,9% nitơ, 0,1 – 0,6% photpho và 0,3 – 1,2% kali. Vì thế cứ một tấn phân tươi, trung bình sẽ có khoảng 180 – 270 kg chất thô, 3,5 – 5kg N, 2 – 3kg P2O5 và 4 – 5kg K2O. Ngoài ra, trong phân còn có chứa nhiều loại vi khuẩn, virut và trứng ký sinh trùng được thể hiện trong bảng: Bảng 2.3 Một số thành phần vi sinh vật trong phân lợn Đơn vị Số lượng Coliform MPN/100g 4.106 – 108 E. Coli MPN/100g 105 - 107 Streptococus MPN/100g 3.102 - 104 Salmonella Vk/25ml 10 - 104 Đơn bào MPN/10g 0 – 103 Chỉ tiêu Có thể thấy trong phân lợn tồn tại nhiều loại vi khuẩn với số lượng rất lớn. Các loại vi khuẩn này khi xâm nhập vào cơ thể có thể gây ra một số loại bệnh nguy hiểm cho người và động vật. 7 Nước phân: Nước phân chuồng là hỗn hợp phân, nước tiểu và nước rửa chuồng. Vì vậy, nước phân chuồng rất giàu chất dinh dưỡng và có giá trị lớn về mặt phân bón. Nước phân chuồng nghèo lân, giàu đạm và rất giàu kali. Đạm trong nước phân chuồng tồn tại theo 3 dạng chủ yếu là: ure, axit uric và axit hippuric, khi để tiếp xúc với không khí một thời gian hay khi bón và đất thì axit uric và axit hippuric bị vi sinh vật phân giải thành ure sau đó chuyển thành amoni carbonat. Nước tiểu gia súc: Thành phần của nước tiểu gia súc tùy thuộc vào điều kiện dinh dưỡng và khí hậu. Đặc tính chung: nước tiểu gia súc là một loại phân bón giàu đạm và kali, hàm lượng lân ít hoặc không đáng kể. Nước tiểu của lợn nghèo đạm hơn các loại gia súc khác. Bảng 2.4 Thành phần hóa học trong nước tiểu lợn Đặc tính Đơn vị Giá trị Vật chất khô g/kg 30,9 – 35,9 NH4-N g/kg 0,13 – 0,4 T-N g/kg 4,9 – 6,63 Urea Mmol/l 123 – 196 g/kg 0,11 – 0,19 Cacbonates pH 6,77 – 8,19 (Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997 – 1998) Nước thải: Nhìn chung nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải các ngành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng, trứng giun sán. Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột có thể tồn tại rất lâu trong môi trường như: E. coli, Salmonella, Shigella, Arizona. Trứng giun sán trong nước thải với những loại điển hình là Fasiolagigantiac, fasiolosis buski, Ascasis suum, Oesophagostomum, trichocephalus dentatus… có thể phát triển đến 8 giai đoạn gây nhiễm sau 628 ngày ở nhiệt độ và khí hậu nước ta và có thể tồn tại được 25 tháng. Nhiều loại vi khuẩn có thể xâm nhập vào mạch nước ngầm như: B.anthracis, salmonella, E.coli… Bảng 2.5 Tính chất của nước thải chăn nuôi lợn Đặc tính Đơn vị Giá trị Độ màu Pt-Co 350-870 Độ đục Mg/l 420-550 BOD5 Mg/l 3500-8900 COD Mg/l 5000-12000 SS Mg/l 680-1200 T-P Mg/l 36-72 T-N Mg/l 220-460 Dầu mỡ Mg/l 5-58 (Nguồn: Trương Thanh Cảnh và ctv, 1997-1998) Khí thải: Điển hình của khí thải chăn nuôi là các loại khí gây mùi khó chịu như H2S, NH3, CH4, CO2… đồng thời đây cũng là một trong các loại khí gây nên hiệu ứng nhà kính. Các loại khí này phát thải do hoạt động hô hấp, tiêu hóa của vật nuôi, do ủ phân, chế biến thức ăn,…ước khoảng vài trăm triệu tấn/năm. Theo Delgado (1999), 16% lượng CH4 sản sinh hàng năm trên thế giới là từ hoạt động chăn nuôi. 2.1.4 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi lợn tại địa phương Chất thải rắn: Công tác quản lý chất thải trong chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn, Việc sử dụng phân lợn trong nông nghiệp vẫn còn hạn chế do phân lợn không giống phân bò hay vật nuôi khác. Phân lợn ướt và hôi thối nên khó thu gom và vận chuyển, phân lợn là phân “nóng” khó sử dụng, hiệu quả không cao và có thể làm chết hoặc giảm năng suất cây trồng. Theo điều tra tại Thị trấn Na Hang cho thấy: Diện tích đất nông nghiệp của Thị trấn khoảng 3343,6 ha trong tổng số 79852,9 ha đất nông nghiệp của toàn huyện. Trong đó chỉ có 28 ha là đất sản xuất lúa 2 vụ do đó nhu cầu phân 9 chuồng sử dụng để bón lót trong nông nghiệp là không lớn. Lượng lớn phân chuồng còn lại được thải trực tiếp ra môi trường, chỉ có một số ít hộ dân đã lắp đặt hầm ủ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi và lấy khí ga sử dụng trong đun nấu. Chất thải rắn bao gồm chủ yếu là phân, chất độn chuồng, thức ăn thừa và đôi khi là xác gia súc, gia cầm chết. Những hộ dân chăn nuôi số lượng lợn lớn mà không có biện pháp xử lý thì khi lượng phân lợn thải ra quá nhiều sẽ gây ra tình trạng ứ đọng phân gây ô nhiễm môi trường, làm gia tăng sự phát triển của ruồi, nhặng, các loại vi sinh vật gây bệnh cho người và vật nuôi. Đối với những hộ đã xây dựng hầm Biogas thì toàn bộ lượng chất thải rắn cùng với nước tiểu, nước rửa chuồng sẽ được hòa lẫn và dẫn vào bể Biogas. Chất thải lỏng: Đây là loại chất thải ít được sử dụng và khó quản lý do: - Lượng nước thải lớn, lượng nước sử dụng cho nhu cầu uống, rửa chuồng và tắm cho lợn là khoảng 30 – 50 lít/con/ngày đêm. - Nước thải có mùi hôi thối, khó vận chuyển đi xa để sử dụng cho mục đích nông nghiệp. Bên cạnh đó dù có vận chuyển được đi xa thì lượng nước thải ra mỗi ngày là quá lớn không thể sử dụng hết cho điện tích đất nông nghiệp xung quanh. - Đến nay vẫn chưa có mô hình xử lý nước thải chăn nuôi nào phù hợp để có thể ứng dụng vào xử lý nước thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình. Nhìn chung, việc quản lý chất thải chăn nuôi lợn đang gặp nhiều khó khăn. Nhu cầu sử dụng chất thải chăn nuôi lợn trong nông nghiệp là rất thấp.Vì vậy cần nhiều biện pháp tích cực kết hợp để giải quyết vấn đề quản lý và khắc phục sự ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi lợn gây ra. 2.1.5 Công nghệ biogas Là công nghệ sản xuất khí sinh học, quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, chất thải gia súc, bùn cống rãnh… trong điều kiện thiếu không khí để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất. Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình lên men metan. 10 Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas: dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy được như: H2, H2S, NH3, CH4, C2H2… trong đó có CH4 là sản phẩm khí chủ yếu (Nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan). Thành phần, tính chất của Biogas: Bảng 2.6 Điển hình thành phần của khí sinh học Hợp chất Ký hiệu % Methanne CH4 55-70 Carbon dioxide CO2 27-44 Hydrogen H2 1 Hydrogen sunphide H2S 3 Các khí khác: Oxygen, ... O2, N2… Khi đốt cháy 1m3 hỗn hợp khí Biogas sinh ra nhiệt lượng khoảng 4500 – 6000 calo/m3 tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2 kW điện. Tùy thuộc vào thành phần và tính chất nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, tải trọng chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lượng khí sinh ra khác nhau.Tại Việt Nam sản lượng khí sinh ra hàng ngày được ước tính như sau: Bảng 2.7 Sản lượng khí sinh ra hàng ngày Loại chất thải Sản lượng khí hàng ngày (lít/kg/ngày) Chất thải của bò 15 – 32 Chất thải của trâu 15 – 32 Chất thải của lợn 40 – 60 Chất thải của gia cầm 50 – 60 Chất thải của người 60 – 70 Bèo tây tươi 0,3 – 0,5 Rơm rạ khô 1,5 – 2,0 Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm Biogas Thái - Đức, 2008. 11 Các loại hầm Biogas thường sử dụng: Kể từ khi ra đời cho đến nay hầm ủ Biogas đã được cải tiến qua nhiều thế hệ nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và đáp ứng những yêu cầu khác nhau về kinh tế, xã hội, địa hình ở mỗi địa phương. Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều loại hầm biogas được sử dụng ở nhiều địa phương khác nhau. Ví dụ như Hầm xây kiểu tháp của Viện Năng Lượng, hầm trụ Đồng Nai, hầm sinh khí kiểu vòm cố định, … • Hầm xây KT1 Hầm kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngầm thấp, có thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp. • Hầm xây KT2 Hầm kiểu KT2 phù hợp với những vùng có nền đất yếu, mực nước ngầm cao, khó đào sâu và diện tích mặt bằng rộng. • Hầm sinh khí kiểu vòm cố định Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Nhược điểm của loại hầm này là phần chứa khí rất khó xây dựng và phải bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm thấp. • Hầm sinh khí kiểu túi ủ bằng bạt nhựa HDPE Loại này có ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của bà con nông dân hiện nay. Nhược điểm của loại túi ủ là rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm. • Bể biogas chất liệu nhựa Composite Composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ. Hầm biogas Composite có độ kín khí tuyệt đối, cho lượng khí sinh học cao hơn bể bể xây bằng gạch và xi măng, tự động phá váng bẩn và tự động đẩy bã phân ra khỏi bể. Hầm biogas composite được trang bị hệ thống khử mùi nên loại bỏ được khí gây mùi hôi khó chịu. 12 Các quá trình sinh hóa trong bể Biogas: Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo biogas được thực hiện bởi 2 nhóm VSV: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí metan. • Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau. Trong điều kiện yếm khí chúng phân hủy tạo ra CO2, H2 và một số chất tan trong nước như formandehit, acetat, ancol methylic… Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan. • Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Nhóm này rất chuyên biệt và được xếp thành 3 bộ, 4 họ, 17 loài. Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó việc lên men kị khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan, như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để. Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển cần có lượng CO2 đủ trong môi trường, nguồn nito (khoảng 3,5mg/g bùn lắng), tỉ lệ C/N = 20/1. Trong quá trình lên men kị khí các VSV gây bệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kị khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng… Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kị khí từ 80 đến 100%. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống Biogas: • Nhiệt độ: Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng (yếu tố gây độc), độ hòa tan của CO2 và thành phần biogas sinh ra. Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao. Nhiệt độ lý tưởng cho hoạt động của VSV trong bể biogas là 350C, tuy nhiên quá trình phân hủy vẫn xảy ra ở nhiệt độ 15 – 200C. Nếu nhiệt độ thấp hơn thì VSV khó phát triển, dưới 100C thì gần như quá trình sinh khí không diễn ra. • Thời gian lưu: là khoảng thời gian mà một đơn vị chất lỏng đi vào và lưu tại hầm phân hủy. Với thời gian lưu lớn hơn 10 ngày, ở nhiệt độ 350C, lượng khí ga sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định.Nếu để thời gian lưu quá lâu hoặc quá nhanh thì đều làm giảm hiệu quả của quá trình sinh khí. 13 Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh. • pH: Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH nằm trong khoảng trung tính (6,8 – 7,4) trong môi trường độ kiềm yếu. Sự thay đổi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzym. Các VSV và enzym rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối ưu, thể hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng hoạt hóa của các enzym. • Tỉ lệ C/N: Bảng 2.8 Tỉ lệ C/N trong phân gia súc, gia cầm Vật nuôi Thành phần Chất tan (%) N (%) P (%) C/N Bò sữu 7,33 0,38 0.1 25,30 Bò thịt 9,53 0,7 0,2 26,3 Lợn 21,5 1 0,3 25,5 Gà 16,6 1,2 1,2 15 Trâu 10,2 0,31 Để tạo điều kiện sinh trưởng và hoạt động tối ưu của vi khuẩn, điều cần thiết là phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất hóa học với nồng độ thích hợp. Cacbon và nito là những thành phần dinh dưỡng chính của vi khuẩn kỵ khí. Tỉ lệ C/N nằm trong khoảng 25 - 30:1 là điều kiện lý tưởng của quá trình phân hủy tạo biogas. • Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào: Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của VSV. Hàm lượng độ ẩm đối với từng loại cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng. Hiệu suất của quá trình phân hủy sẽ giảm khi hàm lượng chất rắn lơ lửng tăng. Do đó phải xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng tối ưu cho hỗn hợp nguyên liệu đầu vào theo từng loại nguyên liệu và từng kiểu hầm ủ khác nhau. Công thức pha trộn chung đối với nguyên liệu đưa vào là: 1,5kg phân tự nhiên + 30 lit nước = hỗn hợp bùn lỏng có hàm lượng chất rắn lơ lửng 5%. 14 Sản phẩm khí tạo ra 0,35 – 0,40m3 khí/1kg cặn lơ lửng, thời gian lưu nước trong bể Biogas đối với phân lợn là 10 – 15 ngày. Bảng 2.9 Năng suất khí sinh học từ quá trình lên men các loại nguyên liệu khí sinh học/1kg chất %CH4 trong Thời gian khô (m3/kg) khí sinh học lên men 1 Phân bò 0,33 58 10 2 Phân trâu 0,86 – 1,11 57 10 3 Phân gà 0,31 – 0,54 60 30 4 Phân lợn 0,69 – 0,76 58 – 60 10 – 15 5 Phân cừu 0,37 – 0,61 64 20 • Thành phần gây độc: Nồng độ cao amoni, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt và kim loại nặng… là các yếu tố gây độc với vi sinh vật, ảnh hưởng đến khả năng sinh khí biogas. • Quá trình khuấy trộn: Phải thường xuyên thực hiện phá lớp váng nổi trong bể biogas để tạo điều kiện cho khí thoát lên vòm bể và thúc đẩy quá trình sinh khí. Đồng thời trong các vi khuẩn sinh khí có loài thụ động có loài năng động, do đó cần khuấy trộn để cung cấp thức ăn cho loài vi khuẩn thụ động. Nguyên lý của quá trình chuyển hóa: Về nguyên tắc khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh một hợp chất dạng khí có khả năng cháy được với thành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên 50%. Quá trình này gọi là quá trình lên men kị khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học. Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính: - Giai đoạn thủy phân: Các hợp chất dạng polymer (phân tử lớn) sẽ bị khử thành các monome (phân tử cơ bản). - Giai đoạn hình thành axit: Vi khuẩn sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu cơ yếu thành các sản phẩm H, H2O, CO2, CH3COOH. - Giai đoạn lên men metan: Axit acetic CH3COOH được hình thành ở hai giai đoạn đầu sẽ chuyển hóa thành CH4 và CO2 nhờ hoạt động của vi khuẩn metan. STT Nguyên liệu