Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam giữ vai trò chủ đạo trong cơ cấu kinh tế nông thôn, trong đó ngành chăn nuôi phát triển nhanh chóng nhằm đáp ứng nhu cầu thực phẩm ngày càng gia tăng. Tuy nhiên, theo số liệu từ Cục Chăn nuôi thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, mỗi năm hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm trên cả nước thải ra khoảng 75 - 85 triệu tấn chất thải. Tập quán chăn nuôi nông hộ truyền thống với chuồng trại đặt liền kề nhà ở, không có hệ thống thu gom và xử lý đạt chuẩn dẫn đến tình trạng phân, nước tiểu và nước rửa chuồng xả trực tiếp ra môi trường xung quanh. Tình trạng này gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường đất, nước mặt, nước ngầm và không khí; phát sinh mùi hôi thối đặc trưng do các khí độc hại như $\text{NH}_3$, $\text{H}_2\text{S}$, $\text{CH}_4$, đồng thời tạo môi trường thuận lợi cho ruồi nhặng và các vi sinh vật mang mầm bệnh truyền nhiễm phát triển, đe dọa trực tiếp sức khỏe con người và vật nuôi.

Trước thực trạng đó, việc ứng dụng công nghệ khí sinh học (biogas) xử lý chất thải chăn nuôi kỵ khí được xem là giải pháp kỹ thuật hữu hiệu, vừa kiểm soát ô nhiễm môi trường, vừa cung cấp nguồn năng lượng chất đốt tái tạo phục vụ sinh hoạt. Tuy nhiên, tốc độ mở rộng mô hình tại khu vực nông thôn miền núi còn gặp nhiều rào cản về vốn đầu tư và kỹ thuật vận hành. Nhằm đánh giá toàn diện hiệu quả thực tế của mô hình này tại cơ sở, đề tài "Đánh giá hiệu quả sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Sơn - huyện Hữu Lũng - tỉnh Lạng Sơn" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

  • Mục tiêu chung: Khảo sát, đánh giá hiệu quả sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Sơn, huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Qua việc điều tra phân tích về biogas được áp dụng trên địa bàn xã, xác định các hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường mà biogas đem lại.
    2. Phát hiện những khó khăn trong quá trình xây dựng, vận hành biogas và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, quản lý nhằm hạn chế, khắc phục những khó khăn đó.
    3. Nâng cao sự hiểu biết của người dân địa phương trong lĩnh vực bảo vệ môi trường và ứng dụng công nghệ biogas vào xử lý chất thải chăn nuôi.
  • Đối tượng nghiên cứu: Chất thải chăn nuôi trước và sau khi xử lý bằng hầm biogas; 61 hộ gia đình đang trực tiếp quản lý, sử dụng công trình biogas trên địa bàn xã Thanh Sơn.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Không gian: Địa bàn xã Thanh Sơn, huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn (diện tích tự nhiên 2.304,1 ha, gồm 8 thôn: Điển Trên, Điển Dưới, Lay I, Lay II, Bàng Dưới, Bàng Trên, Na Đàn, Niêng).
    • Thời gian: Thời gian thu thập số liệu, khảo sát thực địa và phân tích thực nghiệm từ ngày 20/01/2014 đến ngày 30/04/2014.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và công nghệ khí sinh học

Khí sinh học (Biogas) là hỗn hợp khí sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất thải hữu cơ và phân gia súc trong môi trường kín. Hỗn hợp khí biogas có tỷ trọng khoảng 0,9 - 0,94 kg/m³, nhiệt độ bốc lửa khoảng 700°C và nhiệt độ ngọn lửa khi cháy đạt khoảng 870°C. Thành phần khí bao gồm:

  • Khí Methane ($\text{CH}_4$): chiếm 60 - 70% thể tích, là thành phần cháy chính sinh năng lượng.
  • Khí Carbon Dioxide ($\text{CO}_2$): chiếm 30 - 40%.
  • Hơi nước: dao động từ 30 - 160 g/m³.
  • Khí Hydrogen Sulfide ($\text{H}_2\text{S}$): nồng độ khoảng 4 - 6 g/m³ (tạo mùi đặc trưng và chỉ thị rò rỉ).
  • Một lượng nhỏ các khí khác như $\text{N}_2$, $\text{H}_2$, $\text{CO}$, $\text{NH}_3$.

Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn kế tiếp và đồng thời:

  1. Giai đoạn thủy phân cơ chất: Dưới tác dụng của enzyme hydrolaza do các vi sinh vật (như Clostridium thermocellum) tiết ra, các hợp chất cao phân tử (cellulose, tinh bột, protein, lipid) bị bẻ gãy thành đường đơn, peptide, acid amin, glycerol, acid béo.
  2. Giai đoạn hình thành acid hữu cơ: Các vi khuẩn kỵ khí (Bacteroides ruminicola, Clostridium, Bifidobacterium) chuyển hóa sản phẩm hòa tan thành acid béo bay hơi ($\text{CH}_3\text{COOH}$, acid propionic, acid butyric), rượu ethylic, $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2$.
  3. Giai đoạn hình thành methane: Vi khuẩn sinh methane (Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanosarcina barkeri) chuyển hóa các acid và khí thành $\text{CH}_4$ theo các phản ứng chính: $$\text{CO}_2 + 4\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$$ $$\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2$$

Các yếu tố công nghệ chi phối quá trình sinh khí gồm: điều kiện kỵ khí tuyệt đối; nhiệt độ tối ưu cho vi sinh vật ưa ấm từ 30 - 45°C (thích hợp nhất 31 - 36°C); độ ẩm tối ưu 91 - 96%; độ pH môi trường từ 6,5 - 8,0; thời gian ủ 30 - 40 ngày; hàm lượng chất khô trong dịch phân từ 7 - 9%; tỷ lệ Carbon/Nitrogen (C/N) thích hợp từ 25/1 đến 30/1. Quá trình này bị ức chế khi nồng độ các chất vượt ngưỡng: $\text{SO}_4^{2-} > 5.000\text{ ppm}$, $\text{NO}_2^- > 0,05\text{ mg/ml}$, $\text{Cu} > 100\text{ mg/l}$, $\text{Cr} > 200\text{ mg/l}$, $\text{Ni} > 200 - 500\text{ mg/l}$, $\text{CN}^- > 25\text{ mg/l}$, chất hoạt động bề mặt $\text{ABS} > 20 - 40\text{ ppm}$, $\text{NH}_3 > 1.500\text{ mg/l}$.

Về mặt công nghệ công trình, khóa luận phân tích các dạng hầm ủ phổ biến tại Việt Nam gồm: hầm nắp cố định vòm đúc bằng gạch; hầm nắp cố định vòm cầu (mô hình Đức - Thái Lan và VACVINA cải tiến); hầm bằng vật liệu nhựa Composite đúc sẵn và túi ủ khí bằng màng nhựa Polyethylene (PE).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp các phương pháp định tính và định lượng:

  • Phương pháp kế thừa tài liệu: Thu thập dữ liệu thứ cấp về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, số liệu chăn nuôi từ UBND xã Thanh Sơn, các báo cáo của Cục Chăn nuôi và tư liệu dự án Khí sinh học ngành chăn nuôi Việt Nam (SNV).
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Thiết kế phiếu điều tra khảo sát kết hợp phỏng vấn trực tiếp toàn bộ 61 hộ gia đình đang sử dụng hầm biogas tại 8 thôn của xã Thanh Sơn về thời gian xây dựng, kiểu thiết kế, dung tích, nguồn gốc thông tin, lý do lắp đặt, nguồn nguyên liệu nạp và mục đích sử dụng khí/bã thải.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Thu thập mẫu nước thải đầu vào trước xử lý (MT) và đầu ra sau xử lý (MS) tại 3 công trình hầm biogas đại diện trên địa bàn xã để phân tích 5 chỉ tiêu lý hóa:
STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị Phương pháp phân tích
1 Độ pH - Máy đo chất lượng nước đa chỉ tiêu Hanna
2 $\text{BOD}_5$ mg/L Phương pháp cấy và pha loãng (ủ 5 ngày ở 20°C)
3 $\text{COD}$ mg/L Phương pháp oxy hóa chuẩn độ bằng $\text{KMnO}_4$
4 Lân tổng số ($\text{P}_{\text{TS}}$) mg/L Phương pháp so màu
5 Đạm tổng số ($\text{N}_{\text{TS}}$) mg/L Phương pháp Kjeldahl
  • Phương pháp so sánh, đối chuẩn: So sánh các chỉ tiêu lý hóa trước và sau xử lý để tính toán hiệu suất xử lý; đối chiếu kết quả đầu ra với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B).
  • Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Tổng hợp, tính toán tỷ lệ phần trăm và biểu diễn dữ liệu bằng phần mềm Microsoft Excel và Microsoft Word.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày cơ sở thực tiễn của sự gia tăng chất thải chăn nuôi tại nông thôn Việt Nam, đặt ra yêu cầu cấp thiết về công nghệ xử lý kỵ khí thu hồi năng lượng. Xác lập mục tiêu tổng quát, 3 mục tiêu cụ thể, 3 yêu cầu nghiên cứu và làm rõ ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài đối với công tác bảo vệ môi trường và xây dựng nông thôn mới tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Khái quát lý thuyết về chất thải chăn nuôi (rắn, lỏng, khí) và các nguy cơ gây ô nhiễm đất, nước, không khí; cấu tạo, cơ chế phản ứng sinh hóa của quá trình phân hủy kỵ khí tạo khí sinh học; các yếu tố công nghệ ảnh hưởng và chất gây ức chế lên men. Phân tích ưu nhược điểm của các dạng hầm ủ (vòm đúc, vòm cầu, composite, túi PE). Đánh giá tình hình phát triển biogas trên thế giới (Trung Quốc, Indonesia, Đan Mạch, Đức) và tại Việt Nam, đặc biệt là các dự án do tổ chức Phát triển Hà Lan (SNV) tài trợ và kinh nghiệm triển khai tại tỉnh Lạng Sơn (mức hỗ trợ 1,0 - 1,2 triệu đồng/hầm).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định đối tượng là chất thải chăn nuôi và 61 hộ dân sử dụng biogas tại xã Thanh Sơn từ tháng 01/2014 đến tháng 04/2014. Quy định 4 nội dung nghiên cứu chính và mô tả chi tiết các bước tiến hành theo 5 phương pháp: kế thừa, khảo sát bảng hỏi, lấy mẫu - phân tích phòng thí nghiệm, so sánh quy chuẩn và xử lý thống kê toán học.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu

  • Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội: Tổng diện tích tự nhiên xã Thanh Sơn là 2.304,1 ha (đất sản xuất nông nghiệp 891,08 ha chiếm 38,6%; đất lâm nghiệp 317,40 ha chiếm 13,8%; đất chưa sử dụng chủ yếu là núi đá vôi 855,84 ha chiếm 37,1%). Dân số năm 2013 có 3.200 người (668 hộ), tỷ lệ gia tăng tự nhiên 1,1%; cơ cấu dân tộc gồm người Nùng (82,6%), Kinh (11%), Tày (4%). Ngành chăn nuôi chiếm 36,8% tỷ trọng nông nghiệp với số lượng đàn gia súc, gia cầm năm 2013 gồm 693 trâu bò, 1.485 lợn, 1.830 dê và 17.000 gia cầm. Tỷ lệ cơ sở chăn nuôi hợp vệ sinh chỉ đạt 10%.
  • Hiện trạng hầm biogas: Toàn xã có 61 hầm biogas tại 5/8 thôn (Điển Dưới: 23 hầm, Lay II: 13 hầm, Điển Trên: 9 hầm, Lay I: 8 hầm, Bàng Dưới: 8 hầm; các thôn Bàng Trên, Na Đàn, Niêng chưa có hầm nào). Về cấu tạo, 93,4% (57 hầm) là hầm xây bằng gạch, 6,6% (4 hầm) là hầm composite; 26 hầm xây dựng theo chương trình Dự án Khí sinh học ngành chăn nuôi. Quy mô dung tích: dưới 10 m³ chiếm 29,5%, từ 10 - 15 m³ chiếm 49,1%, trên 15 m³ chiếm 21,4%. Tỷ lệ vận hành tốt đạt 96,7% (59 hầm), có 3,3% (2 hầm) gặp trục trặc kỹ thuật.
  • Kênh tiếp cận và động lực: 52% hộ tiếp cận qua bạn bè, hàng xóm; 30% qua tập huấn của xã; 18% qua truyền thanh, truyền hình. Động lực xây dựng: 54% muốn có khí gas đun nấu, 38% muốn cải thiện môi trường, 8% do được hỗ trợ vốn. Nguồn nguyên liệu nạp từ phân của 185 con trâu/bò, 562 con lợn và 720 con dê.
  • Mục đích sử dụng: 100% hộ (61/61) dùng khí gas làm chất đốt sinh hoạt thay cho than củi; 7 hộ dùng thắp sáng; 0 hộ chạy máy phát điện. 100% hộ sử dụng bã thải làm phân bón hữu cơ cho cây trồng, khoảng 20% hộ dùng nước xả sau biogas làm thức ăn nuôi thủy sản.
  • Đánh giá thực nghiệm môi trường: Phân tích mẫu nước thải tại 3 bể đại diện cho thấy hiệu suất giảm $\text{COD}$ và $\text{BOD}5$ đạt 70 - 80%, $\text{N}{\text{TS}}$ giảm 50 - 65%, $\text{P}_{\text{TS}}$ giảm 40 - 50%.
  • Đánh giá hiệu quả kinh tế - xã hội: Tiết kiệm chi phí nhiên liệu đốt và phân bón hóa học, rút ngắn thời gian đun nấu, giảm gánh nặng lao động cho phụ nữ, cải thiện vệ sinh môi trường thôn xóm.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm lược các chỉ số kỹ thuật và thực tiễn đạt được của mô hình biogas; đưa ra các kiến nghị với chính quyền địa phương và ngành chuyên môn về mở rộng chính sách hỗ trợ tài chính, tổ chức chuyển giao kỹ thuật xây dựng và áp dụng các biện pháp xử lý thứ cấp sau hầm ủ.

Kết quả và đóng góp

Số liệu thực nghiệm xử lý nước thải chăn nuôi

Kết quả phân tích mẫu nước thải chăn nuôi trước khi vào hầm (MT) và sau khi qua hầm biogas (MS) tại 3 công trình đại diện trên địa bàn xã Thanh Sơn được tổng hợp trong bảng sau:

STT Chỉ tiêu Đơn vị Bể 1 (MT1) Bể 1 (MS1) Bể 2 (MT2) Bể 2 (MS2) Bể 3 (MT3) Bể 3 (MS3) QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B)
1 Độ pH - 6,6 8,1 7,1 8,2 6,8 7,7 5,5 - 9,0
2 $\text{COD}$ mg/L 3.020 968 3.140 1.050 3.075 920 150
3 $\text{BOD}_5$ mg/L 2.136 617 2.010 628 1.980 586 50
4 $\text{N}_{\text{TS}}$ mg/L 390 215 358 182 375 170 40
5 $\text{P}_{\text{TS}}$ mg/L 121 72 109 57 112 65 6

Qua số liệu thực nghiệm thu được:

  • Độ pH: Nước thải đầu vào hơi acid hoặc trung tính (6,6 - 7,1), sau quá trình lên men kỵ khí chuyển sang kiềm nhẹ (7,7 - 8,2), hoàn toàn nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép của quy chuẩn (5,5 - 9,0), tạo môi trường thuận lợi cho vi sinh vật sinh methane phát triển ổn định.
  • Hàm lượng $\text{COD}$: Nước thải thô có $\text{COD}$ rất cao (3.020 - 3.140 mg/L, vượt chuẩn 20 lần). Sau xử lý biogas, $\text{COD}$ giảm mạnh xuống còn 920 - 1.050 mg/L, đạt hiệu suất xử lý từ 70 - 80%. Mặc dù nồng độ đã giảm 3 - 4 lần, chỉ số này vẫn vượt giới hạn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT Cột B khoảng 6 - 7 lần.
  • Hàm lượng $\text{BOD}_5$: Giá trị đầu vào dao động từ 1.980 - 2.136 mg/L (vượt chuẩn ~40 lần). Sau khi qua hầm ủ, $\text{BOD}_5$ giảm xuống còn 586 - 628 mg/L (hiệu suất xử lý đạt 70 - 80%), tuy nhiên vẫn vượt mức quy chuẩn 50 mg/L từ 12 - 13 lần.
  • Hàm lượng Đạm tổng số ($\text{N}_{\text{TS}}$): Nồng độ đầu vào từ 358 - 390 mg/L (gấp gần 10 lần giới hạn quy chuẩn 40 mg/L). Nước thải đầu ra giảm còn 170 - 215 mg/L, đạt hiệu suất xử lý từ 50 - 65%, nồng độ sau xử lý còn vượt quy chuẩn từ 4 - 5 lần.
  • Hàm lượng Lân tổng số ($\text{P}_{\text{TS}}$): Nước thải thô có nồng độ lân rất cao từ 109 - 121 mg/L (vượt chuẩn 6 mg/L khoảng 20 lần). Đầu ra giảm còn 57 - 72 mg/L, đạt hiệu suất phân hủy 40 - 50%, vẫn còn vượt chuẩn cho phép khoảng 9,5 - 12 lần.

Hiệu quả kinh tế, xã hội và môi trường

  • Về môi trường: Công nghệ biogas đã làm giảm tải lượng lớn chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng, kiểm soát mùi hôi chuồng trại ($\text{NH}_3$, $\text{H}_2\text{S}$), triệt tiêu môi trường sinh sản của ruồi nhặng và tiêu diệt đến 99% trứng giun sán cùng các vi sinh vật gây bệnh trong phân.
  • Về kinh tế: Toàn bộ 61 hộ dân đã chuyển sang dùng khí sinh học thay thế than, củi cho nhu cầu đun nấu, tiết kiệm chi phí chất đốt sinh hoạt. 100% hộ dân tận dụng bã thải giàu mùn khoáng làm phân bón hữu cơ cho lúa, ngô, rau màu, giúp cải tạo độ phì của đất và giảm chi phí mua phân bón vô cơ; 20% hộ dùng nước xả sau biogas làm thức ăn nuôi cá, hạ giá thành chăn nuôi thủy sản.
  • Về xã hội: Giải phóng sức lao động và giảm thời gian đun nấu cho phụ nữ nông thôn, nâng cao điều kiện vệ sinh sinh hoạt và sức khỏe cộng đồng.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Giải pháp kỹ thuật: Hướng dẫn quy trình nạp nguyên liệu định kỳ, kiểm soát tỷ lệ pha loãng dịch phân để chống đóng váng và chua hầm; định kỳ kiểm tra van, đường ống dẫn khí tránh rò rỉ; nghiên cứu xây dựng bổ sung các công trình xử lý thứ cấp sau biogas (hồ sinh học kỵ khí/hiếu khí, bãi lọc thực vật thủy sinh) trước khi xả ra nguồn tiếp nhận tự nhiên.
  • Giải pháp quản lý và chính sách: Đẩy mạnh tuyên truyền kỹ thuật thông qua các hội thảo khuyến nông; mở rộng các nguồn vốn vay ưu đãi; đào tạo nâng cao tay nghề cho đội ngũ thợ xây địa phương nhằm đảm bảo chất lượng thi công chống thấm và kín khí cho các công trình hầm gạch.

Đóng góp của đề tài

Khóa luận cung cấp bộ số liệu thực nghiệm định lượng chi tiết đầu tiên về chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau xử lý bằng hầm biogas tại địa bàn miền núi xã Thanh Sơn, huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn. Nghiên cứu chỉ rõ mặt tích cực trong việc giảm 70 - 80% tải lượng ô nhiễm hữu cơ, đồng thời đưa ra phát hiện khách quan: nước thải sau biogas hộ gia đình vẫn chưa đạt chuẩn xả thải theo QCVN 40:2011/BTNMT, qua đó xác lập luận cứ thực tiễn cho việc kết hợp các giải pháp xử lý sau biogas tại khu vực nông thôn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi khảo sát thực tế mới bao phủ 61 hộ tại 5/8 thôn; 3 thôn còn lại (Bàng Trên, Na Đàn, Niêng) chưa có công trình hầm biogas nào được xây dựng do rào cản về vốn và tâm lý e ngại rủi ro dịch bệnh chăn nuôi của người dân.
    • Dữ liệu thực nghiệm phân tích hóa lý nước thải chỉ thực hiện trên 3 mẫu bể đại diện trong một đợt lấy mẫu (tháng 01 đến tháng 04/2014), chưa theo dõi và đánh giá được sự biến động chất lượng nước thải theo các mùa trong năm (mùa mưa và mùa khô).
    • Chưa tiến hành thử nghiệm các mô hình công trình xử lý thứ cấp sau hầm biogas tại thực địa để xử lý triệt để lượng $\text{COD}$, $\text{BOD}5$, $\text{N}{\text{TS}}$, $\text{P}_{\text{TS}}$ còn tồn dư.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nghiên cứu ứng dụng các giải pháp xử lý sau hầm biogas chi phí thấp, phù hợp với nông hộ miền núi như hồ sinh học tự nhiên, bãi lọc ngầm trồng cây thủy sinh (cỏ vetiver, lục bình, bèo tây) để làm sạch triệt để nguồn nước thải đạt quy chuẩn môi trường.
    • Tiến hành thử nghiệm và so sánh chi tiết hiệu quả kinh tế - kỹ thuật lâu dài giữa loại hình hầm composite và hầm gạch truyền thống trên các địa hình đồi núi phức tạp.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng tham khảo:
    • Sinh viên, học viên và giảng viên các chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Chăn nuôi - Nông học và Phát triển Nông thôn.
    • Cán bộ quản lý môi trường tại Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Hữu Lũng, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Lạng Sơn, cán bộ khuyến nông xã và ban chỉ đạo chương trình Xây dựng Nông thôn mới các cấp.
  • Nội dung tham khảo:
    • Phương pháp khảo sát hiện trạng và quy trình phân tích thực nghiệm các chỉ tiêu hóa lý môi trường nước thải chăn nuôi ($\text{pH}$, $\text{BOD}5$, $\text{COD}$, $\text{N}{\text{TS}}$, $\text{P}_{\text{TS}}$).
    • Bộ số liệu thực tế về cơ cấu dung tích, chủng loại hầm, định mức khí đốt, cùng các giải pháp khắc phục sự cố kỹ thuật thường gặp (đóng váng, hở khí, tụt áp) trong quá trình vận hành hầm biogas hộ gia đình.

Câu hỏi thường gặp

1. Số lượng và cơ cấu các loại hầm biogas tại xã Thanh Sơn tính đến năm 2013 như thế nào?
Tính đến hết năm 2013, xã Thanh Sơn có 61 hầm biogas được xây dựng tại 5/8 thôn (Điển Dưới: 23 hầm, Lay II: 13 hầm, Điển Trên: 9 hầm, Lay I: 8 hầm, Bàng Dưới: 8 hầm; 3 thôn chưa có hầm gồm Bàng Trên, Na Đàn và Niêng). Trong đó, hầm xây bằng gạch chiếm ưu thế tuyệt đối với 57 hầm (93,4%), hầm composite có 4 hầm (6,6%); có 26 hầm được xây dựng có hỗ trợ kinh phí (1,2 triệu đồng/bể) từ Dự án Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam. Về dung tích, hầm từ 10 - 15 m³ chiếm 49,1%, hầm dưới 10 m³ chiếm 29,5% và hầm trên 15 m³ chiếm 21,4%.

2. Hiệu suất xử lý ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng của hầm biogas tại địa phương đạt bao nhiêu?
Qua kết quả phân tích thực nghiệm tại 3 bể đại diện, hầm biogas đạt hiệu suất khử $\text{COD}$ và $\text{BOD}5$ từ 70 - 80% (nồng độ $\text{COD}$ giảm từ 3.020 - 3.140 mg/L xuống 920 - 1.050 mg/L; $\text{BOD}5$ giảm từ 1.980 - 2.136 mg/L xuống 586 - 628 mg/L). Hiệu suất khử Đạm tổng số ($\text{N}{\text{TS}}$) đạt 50 - 65% (giảm từ 358 - 390 mg/L xuống 170 - 215 mg/L) và Lân tổng số ($\text{P}{\text{TS}}$) đạt 40 - 50% (giảm từ 109 - 121 mg/L xuống 57 - 72 mg/L).

3. Nước thải sau khi qua hầm biogas có đạt quy chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT Cột B không?
Chỉ có chỉ tiêu độ pH (đạt 7,7 - 8,2) nằm trong giới hạn cho phép (5,5 - 9,0). Tất cả các chỉ tiêu ô nhiễm còn lại sau xử lý biogas đều vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B): $\text{COD}$ vượt 6 - 7 lần (ngưỡng quy chuẩn là 150 mg/L); $\text{BOD}5$ vượt 12 - 13 lần (ngưỡng quy chuẩn là 50 mg/L); $\text{N}{\text{TS}}$ vượt 4 - 5 lần (ngưỡng quy chuẩn là 40 mg/L); $\text{P}_{\text{TS}}$ vượt 9,5 - 12 lần (ngưỡng quy chuẩn là 6 mg/L). Do đó, nước thải sau biogas chưa thể xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận tự nhiên mà cần có công trình xử lý thứ cấp bổ sung.

4. Nguồn nguyên liệu nạp và mục đích sử dụng khí gas của các hộ dân trên địa bàn gồm những gì?
Nguồn nguyên liệu nạp chính cho 61 hầm biogas là chất thải từ 185 con trâu/bò, 562 con lợn và 720 con dê cùng một phần chất thải nhà vệ sinh và phân gia cầm. Về mục đích sử dụng, 100% hộ dân (61 hộ) sử dụng khí biogas làm chất đốt đun nấu thay cho than và củi; 7 hộ tận dụng khí gas cho đèn thắp sáng; không có hộ nào dùng khí gas để chạy máy phát điện. Bên cạnh đó, 100% hộ sử dụng bã thải sau hầm ủ làm phân bón hữu cơ cho cây trồng và 20% hộ dùng nước xả nuôi cá.

5. Những nguyên nhân chính khiến việc nhân rộng hầm biogas tại xã Thanh Sơn còn hạn chế là gì?
Nguyên nhân chủ yếu do chi phí đầu tư ban đầu còn cao so với thu nhập nông hộ (chi phí xây dựng hầm gạch 7 m³ khoảng 7 - 8 triệu đồng); người dân thiếu vốn và lo ngại rủi ro dịch bệnh trong chăn nuôi quy mô nhỏ; trình độ kỹ thuật của thợ xây địa phương còn hạn chế dẫn đến hiện tượng nứt, rò rỉ khí hoặc đóng váng hầm; đồng thời mức hỗ trợ kinh phí từ các dự án còn thấp (1,2 triệu đồng/hầm).

Kết luận

Khóa luận đã khảo sát và đánh giá toàn diện hiện trạng quản lý, vận hành 61 công trình hầm biogas quy mô nông hộ tại xã Thanh Sơn, huyện Hữu Lũng, tỉnh Lạng Sơn. Kết quả phân tích thực nghiệm chứng minh công nghệ biogas giúp giảm từ 70 - 80% tải lượng chất hữu cơ ($\text{COD}$, $\text{BOD}_5$), mang lại lợi ích rõ rệt về cung cấp năng lượng chất đốt sinh hoạt và phân bón hữu cơ. Tuy nhiên, do các thông số ô nhiễm đầu ra vẫn vượt ngưỡng quy chuẩn môi trường QCVN 40:2011/BTNMT (Cột B), việc áp dụng bổ sung các công trình xử lý phụ trợ sau biogas là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo phát triển chăn nuôi bền vững tại địa phương.