MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Chăn nuôi là hình thức phổ biến ở các địa phương trong cả nước đặc biệt là khu vực nông thôn, trong đó có tỉnh Vĩnh Phúc. Chăn nuôi là một trong hai lĩnh vực quan trọng trong nền nông nghiệp (chăn nuôi, trồng trọt), nó không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm cho tiêu dùng hàng ngày của mọi người dân trong xã hội mà còn là nguồn thu nhập quan trọng của hàng triệu người dân hiện nay. Hoàng Lâu là xã thuộc huyện Tam Dương tỉnh Vĩnh Phúc có dân số nông thôn chiếm tỉ lệ cao (chiếm tới 90%).
Chăn nuôi ngày càng chiếm vai trò chủ đạo trong cơ cấu nông nghiệp của tỉnh nói chung và của huyện nói riêng. Tuy nhiên, hiện nay trên địa bàn xã hình thức chăn nuôi phổ biến vẫn theo quy mô hộ gia đình. Việc chăn nuôi nhỏ lẻ trong nông hộ nhất là trong khu vực dân cư đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng. Bên cạnh những thành quả kinh tế đem lại không thể phủ nhận của chăn nuôi, vấn đề vệ sinh môi trường chăn nuôi và hệ luỵ của chúng tới môi trường, nguy cơ lây lan dịch bệnh và ảnh hưởng tới sức khoẻ của dân cư sống gần nguồn thải, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, giảm năng suất và hiệu quả kinh tế.
Sức đề kháng của gia súc giảm sút sẽ là nguy cơ gây nên bùng phát dịch bệnh. Chất thải chăn nuôi khi thải ra bị tích tụ bốc mùi hôi thối, lắng đọng gây ách tắc dòng chảy, chất thải theo nguồn nước ngấm xuống nguồn nước ngầm làm ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt của người dân.Vì vậy, phải có các giải pháp tăng cường việc làm trong sạch môi trường chăn nuôi, kiểm soát, xử lý chất thải, giữ vững được an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe các đàn giống. n Xuất phát từ yêu cầu đó, một số dự án, chương trình được triển khai tại xã nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi được tiến hành trong đó có các dự án hỗ trợ xây dựng hầm biogas xử lý chất thải chăn nuôi được triển khai. Tuy nhiên, việc quản lý, vận hành và sử dụng hầm biogas như thế nào để đạt hiệu quả cao nhất, vừa đem lại lợi ích về kinh tế vừa xử lý được chất thải, không gây ô nhiễm môi trường thứ cấp đang là vấn đề khó khăn đối với của người dân.
Ở xã Hoàng Lâu, vấn đề môi trường nói chung và trong chăn nuôi nói riêng thì môi trường mới chỉ được quan tâm trong vài năm trở lại đây khi mà sự phát triển chăn nuôi hàng hoá ngày càng gia tăng và dân số phát triển mạnh thu nhỏ khoảng cách giữa chuồng trại và khu dân cư. Môi trường và phát triển hiện nay là hai vấn đề không thể tách rời nhau. Sự phát triển nhanh chóng của ngành chăn nuôi gia súc đang đe doạ môi trường sống của chúng ta. Việc thải ra các loại chất thải đa dạng, độc hại đã và đang là mối đe doạ lớn cho hệ sinh thái và con người đồng thời làm cho nó trở nên bức bách và cần thiết phải có biện pháp khắc phục.
Bất kỳ hộ chăn nuôi nào đều phải có trách nhiệm xử lý nguồn chất thải trước khi xả ra môi trường. Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên, được sự phân công của ban chủ nhiệm Khoa Môi Trường dưới sự hướng dẫn của thầy giáo: Th.Hà Đình Nghiêm, tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá tình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi gia súc và hiệu quả của mô hình hầm biogas trên địa bàn xã Hoàng Lâu, huyện Tam Dương, tỉnh Vĩnh Phúc”. Mục đích và yêu cầu của đề tài 1. Mục đích - Đánh giá tổng quan tình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi gia súc trên địa bàn xã hiện nay.
Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý môi trường. n - Đánh giá hiệu quả kinh tế - môi trường, lượng hoá được lợi ích – chi phí mà biogas mang lại. - Đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng môi trường chăn nuôi, sử dụng tiết kiệm năng lượng, phát triển hệ thống hầm biogas trong thời gian tới, nâng cao nhận thức cho người dân trong quản lý, vận hành và sử dụng hầm biogas. Yêu cầu - Điều tra tình hình chăn nuôi gia súc trên địa bàn xã - Đánh giá, phân tích hiệu quả của hầm biogas - Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường trong chăn nuôi 1.
Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Vận dụng kiến thức đã học làm quen với thực tế - Tích luỹ được kinh nghiệm cho công việc khi đi làm - Nâng cao kiến thức kỹ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác sau này. Ý nghĩa thực tiễn Đánh giá được tình hình hình ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi gia súc và hiệu quả của mô hình hầm biogas quy mô hộ gia đình từ đó biết được những thuận lợi và khó khăn của người dân khi sử dụng hầm biogas và đưa ra một số giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải thải chăn nuôi. n PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Cơ sở khoa học của đề tài 2. Khái niệm và thành phần biogas sinh học 2.1 Khái niệm Công nghệ biogas là công nghệ sử dụng các quá trình phân huỷ các chất hữu cơ (như: phân động vật, nước thải của các lò mổ) trong môi trường yếm khí. Sản phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí là hỗn hợp các khí (gọi là khí sinh học) và bã thải (Nguyễn Quang Khải, 2009) [9]. Khí sinh học là một loại khí hữu cơ gồm chủ yếu là khí metal (CH4), một số H2S, khí carbon dioxide (CO2) và hơi nước, được tạo ra sau quá trình ủ lên men các sinh khối hữu cơ phế thải nông nghiệp, chủ yếu là cellulose, tạo thành sản phẩm ở dạng khí.
Khí sinh học là nguồn năng lượng tái tạo sạch, dễ dàng kiểm soát từ chất thải hữu cơ, có thể thay thế củi đun và nhiên liệu hóa thạch như khí gas tự nhiên trong nhiều trường hợp (Nguyễn Quang Khải, 2009) [9].2 Thành phần Thành phần khí sinh học tuỳ thuộc vào loại nguyên liệu tham gia vào quá trình phân giải và các điều kiện môi trường trong quá trình đó. Nhìn chung thành phần của khí sinh học gồm rất nhiều chất, có thành phần chủ yếu là CH4 và CO2 (Cục chăn nuôi, 2011) [4]. Thành phần của khí sinh học Loại khí Tỷ lệ (%) Loại khí Tỷ lệ (%) Metan CH4 50 – 70 Hidro H2 0–3 Cacbonic CO2 30 – 45 Oxy O2 0–3 Nito N2 0–3 Hidro sunfua H2S 0-3 (Nguồn: Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình) n Khí metan (CH4): Là thành phần chủ yếu chiếm tỷ lệ cao nhất. Nó cũng là thành phần chủ yếu của khí gas thiên nhiên (thường chiếm trên 90%).
Một mét khối metan ở áp suất thường có khối lượng 717g. Metan hoá lỏng ở hóa lỏng ở -162 °C, hóa rắn ở nhiệt độ -183 °C và rất dễ cháy [17]. Khí cacbonic: là thành phần chủ yếu thứ hai của KSH. Khí này không mùi, không cháy được, không duy trì sự sống, nặng gấp rưỡi không khí, khi tỷ lệ cao sẽ làm giảm chất lượng của KSH [17].
Khí hidro sunfua: Không màu, có mùi trứng thối, do đó khiến cho KSH có mùi hôi, giúp chúng ta dễ nhận biết KSH bằng khứu giác. Nồng độ H2S trong KSH sản xuất từ chất thải người và gia cầm thường cao hơn các nguyên liệu khác. Tuy nhiên, H2S có thể cháy được do đó khi đốt sẽ hết mùi hôi [17]. Tính chất của khí sinh học KSH là một khí ướt vì nó chứa hơi nước bão hoà bay hơi từ dung dịch phân giải.
Hơi nước sẽ ngưng tụ trong đường ống và cần được loại bỏ. Vì thành phần của KSH thay đổi, nên các tính chất của nó cũng thay đổi, người ta thường lấy tỉ lệ phổ biến của khí metan là 60%. KSH với 60% metan, 40% cacbonic có khối lượng riêng là 1,2196 kg/m3 và tỷ trọng so với không khí là 0,94. Như vậy KSH nhẹ hơn không khí, nhiệt trị của KSH chủ yếu được xác định bằng hàm lượng metan trong thành phần của nó.
Với hàm lượng metan 60% thì KSH có nhiệt trị là 5. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biogas sinh học * Cấu tạo ChÑn ®¸ Cöa th¨m BÓ ¸p lùc Hè thu ph©n MÆt ®Êt èng vµo Hình 2.1: Cấu tạo hầm biogas Hiện nay, có rất nhiều kiểu xây dựng hầm biogas khác nhau: hầm ủ chung với bình gas, hầm có bình gas nổi, hầm có bình gas rời, loại xây bằng gạch, loại sử dụng bằng nhựa,. nhưng cấu tạo chung của hầm có ba phần chính (Nguyễn Quang Khải, 2009) [9]: - Hệ thống nạp nguyên liệu để dẫn chất thải từ chuồng trại chăn nuôi đến hầm khí. Tuỳ thuộc vào từng mô hình biogas mà hệ thống nạp có thể thống qua máng dẫn hoặc dẫn trực tiếp.
- Hầm phân huỷ là bộ phận chính của hầm, nơi chứa hỗn hợp vật chất và nước. Tại đây xảy ra hai giai đoạn của quá trình lên men, sản phẩm tạo thành là khí biogas. - Bể thuỷ lực (bể áp) là một bộ phận chứa nguyên liệu đã phân huỷ rồi xả ra ngoài, đồng thời đóng vai trò điều áp (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2005) [10]. * Nguyên lý hoạt động Khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong môi trường kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra các chất khí (khí sinh học) có khả năng cháy được n với thành phần chính là mêtan (CH4) và cacbondioxide (CO2).
Quá trình này được gọi là quá trình lên men kỵ khí hay quá trình sản xuất khí metan sinh học (Nguyễn Quang Khải, 2009) [9]. Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật sẽ được các vi sinh vật kỵ khí, nấm và vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính: thủy phân, khử axit và lên men mêtan (Nguyễn Quang Khải, 2009) [9]. Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn: vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metan hóa. Protein 1 Axit acetic 2 3 Cacbonhydrat Axit Axit acetic Biogas CH4 Chất béo HC yếu và CO2 Rượu Vi khuẩn lên men Vi khuẩn acetogenic Vi khuẩn metan hóa Hình 2.