Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Việt Nam là một quốc gia có thế mạnh về nông nghiệp với hơn 70% dân số hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp, tập trung chủ yếu vào hai ngành trồng trọt và chăn nuôi. Cùng với sự phát triển của chăn nuôi gia súc, gia cầm, lượng chất thải phát sinh chưa qua xử lý đã và đang gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại các vùng nông thôn, làm suy thoái tài nguyên đất, nước và không khí. Trong bối cảnh đô thị hóa và công nghiệp hóa diễn ra mạnh mẽ tại tỉnh Thái Nguyên, các áp lực môi trường từ hoạt động sinh kế nông nghiệp ngày càng trở nên cấp thiết, đòi hỏi các giải pháp xử lý chất thải kết hợp tái tạo năng lượng phục vụ phát triển bền vững.

Xã Thanh Ninh (thuộc huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên) là một địa bàn nông nghiệp tiêu biểu. Tính đến năm 2015, toàn xã có 1.563 hộ gia đình, trong đó có 1.176 hộ tham gia hoạt động chăn nuôi. Tuy nhiên, thời điểm đó chỉ có 100 hộ ứng dụng công nghệ khí sinh học (biogas). Phần lớn chất thải chăn nuôi vẫn được xử lý theo phương thức truyền thống: xả thẳng ra hệ thống thoát nước, ao hồ tự nhiên hoặc sử dụng trực tiếp để bón cho cây trồng khi chưa qua ủ hoai mục. Thực trạng này dẫn đến ô nhiễm cục bộ nguồn nước mặt, đất đai và phát sinh mùi hôi, côn trùng gây hại. Do đó, yêu cầu quản lý chất thải tại xã Thanh Ninh đặt ra hai nhiệm vụ trọng tâm: xây dựng bể biogas ở quy mô hộ gia đình và vận hành hiệu quả công nghệ này nhằm tận dụng nguồn năng lượng tái tạo, giảm thiểu phát thải.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Dương Thị Hồng xác định hệ thống mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể như sau:

  • Mục tiêu chung: Đề xuất các giải pháp thực tiễn phù hợp với điều kiện địa phương nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng bể biogas tại xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Xác định các lợi ích của công nghệ khí sinh học (biogas).
    2. Phân tích những thuận lợi và khó khăn trong việc quản lý, sử dụng công nghệ biogas tại địa phương.
    3. Đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật và quản lý phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương để nâng cao hiệu quả vận hành công trình.
  • Câu hỏi nghiên cứu:
    1. Thực trạng sử dụng bể biogas tại xã Thanh Ninh diễn ra như thế nào?
    2. Hiệu quả kinh tế của việc sử dụng bể biogas và tác động của nó tới môi trường sinh thái ra sao?
    3. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình vận hành, quản lý bể biogas tại địa phương là gì?
    4. Những giải pháp nào có thể nâng cao hiệu quả sử dụng bể biogas tại xã Thanh Ninh?

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động ứng dụng công nghệ bể biogas quy mô hộ gia đình, chất lượng nguồn thải vào/ra và nhận thức của các hộ dân.
  • Khách thể khảo sát: 100 hộ gia đình đang sở hữu và vận hành công trình khí sinh học tại xã Thanh Ninh.
  • Phạm vi không gian: Xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên.
  • Phạm vi thời gian: Thu thập và theo dõi số liệu thực trạng trong giai đoạn 2014 – 2016; thời điểm hoàn thành và bảo vệ khóa luận vào tháng 6 – tháng 9 năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống luận cứ dựa trên các nguyên lý sinh hóa về quá trình phân hủy kỵ khí và các nghiên cứu thực nghiệm trong và ngoài nước về năng lượng tái tạo nông thôn.

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

  • Quá trình phân hủy kỵ khí (Anaerobic Digestion): Là tập hợp các quá trình sinh học trong đó vi sinh vật phân giải các vật chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện không có oxy để tạo ra khí sinh học và bùn/nước thải sau ủ (bio-slurry).
  • Thành phần và cơ chế tạo khí sinh học: Khí sinh học chứa khoảng 60% Methane ($\text{CH}_4$) và 40% Carbon Dioxide ($\text{CO}_2$). Khí cháy ngọn lửa màu xanh nhạt, không sinh khói, nhiệt trị đạt từ 3.430 đến 5.146 kcal/$\text{m}^3$. Về mặt quy đổi năng lượng hữu ích, $1\text{ m}^3$ biogas tương đương 0,96 lít dầu hỏa, 4,7 kWh điện năng, 4,07 kg củi đun hoặc 6,10 kg rơm rạ khô (theo Wilkie, 2008).
  • Mô hình 4 giai đoạn phân hủy kỵ khí (Cardiff University, 2005):
    1. Giai đoạn Thủy phân (Hydrolysis): Các hợp chất hữu cơ chuỗi dài (protein, chất béo, carbohydrate) bị bẻ gãy thành các phân tử đơn giản hơn (axit amin, axit béo, đường).
    2. Giai đoạn Axit hóa (Acidogenesis): Sản phẩm thủy phân được vi khuẩn chuyển hóa thành các axit béo chuỗi ngắn (axit axetic, axit propionic, axit butyric...), cồn, $\text{H}_2$ và $\text{CO}_2$.
    3. Giai đoạn Axetat hóa (Acetogenesis): Các axit hữu cơ và cồn tiếp tục được vi khuẩn axetat hóa biến đổi thành axit axetic, hydro và carbon dioxide.
    4. Giai đoạn Mê-tan hóa (Methanogenesis): Vi sinh vật cổ sinh (archaea) kỵ khí chuyển hóa axetat, $\text{H}_2$ và $\text{CO}_2$ thành sản phẩm cuối cùng là khí mê-tan ($\text{CH}_4$).
  • Đóng góp vào phát triển bền vững: Methane có tiềm năng gây hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần so với $\text{CO}_2$. Việc thu hồi $\text{CH}_4$ để đốt cháy tạo ra $\text{CO}_2$ giúp giảm thiểu tác động phát thải khí nhà kính xuống 21/2,75 lần.
  • Công thức xác định sản lượng khí: Áp dụng mô hình tính toán của Cardiff University (2005): $Y = \frac{1}{100}(a - nd)$, trong đó $Y$ là lượng biogas sinh ra ($\text{m}^3$) trên mỗi gam chất thải hữu cơ khô; $a$ là khả năng phân hủy tối đa; $n$ là hệ số phụ thuộc độ ẩm; $d$ là tỷ lệ chất hữu cơ khô.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp chọn mẫu: Tác giả áp dụng kỹ thuật chọn mẫu ngẫu nhiên đơn giản (Simple Random Sampling) để đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ 100 hộ gia đình đang sử dụng bể biogas trên địa bàn 13 xóm của xã Thanh Ninh.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Sử dụng bảng câu hỏi khảo sát cấu trúc kết hợp phỏng vấn trực tiếp đối với các chủ hộ chăn nuôi và phỏng vấn sâu nhân chứng then chốt (Key Informant Survey) tại Ủy ban Nhân dân xã Thanh Ninh.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm:
    • Thu thập 4 mẫu nước thải từ 2 hộ gia đình thuộc 1 xóm đại diện trong xã, bao gồm 2 mẫu nguyên liệu đầu vào (nước phân tươi nạp vào bể) và 2 mẫu dịch thải/nước thải đầu ra sau phân hủy (bio-slurry).
    • Quy trình lấy mẫu: Dùng dụng cụ chuyên dụng thu mẫu bề mặt bể, lưu trữ trong 8 chai thủy tinh (dung tích 500 ml/chai) và chuyển về bảo quản, kiểm nghiệm.
    • Địa điểm kiểm nghiệm: Phòng phân tích hóa học - Viện Khoa học Sự sống, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.
    • Chỉ tiêu phân tích: Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), Nhu cầu oxy sinh hóa sau 5 ngày ($\text{BOD}_5$), Tổng Phốt pho (Total Phosphorus), Tổng Nitơ (Total Nitrogen).
  • Phương pháp xử lý dữ liệu: Nhập liệu, thống kê mô tả, tính toán tương quan và trực quan hóa bảng biểu thông qua phần mềm Microsoft Excel và Microsoft Word.

Nội dung chính theo từng phần của khóa luận

Phần I: Đặt vấn đề và cơ sở nghiên cứu (Part I. Research Rationale, Objectives, Methodology)

Phần này trình bày lý do chọn đề tài, tính cấp thiết của việc xử lý ô nhiễm chất thải nông nghiệp gắn với an ninh năng lượng hộ gia đình. Tác giả xác lập hệ thống mục tiêu, câu hỏi nghiên cứu, phạm vi không gian, thời gian và ý nghĩa khoa học - thực tiễn của đề tài đối với các bên liên quan (hộ dân, nhà nghiên cứu, cán bộ quản lý môi trường).

Phần II: Tổng quan tài liệu về Biogas (Part II. Overview of Biogas)

Chương này tổng hợp cơ sở lý thuyết về bản chất khí sinh học, quy trình phân hủy kỵ khí 4 pha, các dạng nguyên liệu sinh khí (chất thải động vật như bò, trâu, lợn, gia cầm, phân người; tàn dư thực vật như rơm rạ, phụ phẩm rau màu). Phần này cũng phân tích lợi ích nhiều mặt của công nghệ biogas (năng lượng sạch, vệ sinh môi trường, cung cấp phân bón bio-slurry giàu đạm $\text{NH}_4^+$ và vitamin, bảo vệ đất, giải phóng sức lao động) và lược sử phát triển chương trình khí sinh học trên thế giới (Ấn Độ, Trung Quốc, Nepal, Anh, Đức) cùng 4 giai đoạn phát triển tại Việt Nam (1960–1975, 1976–1980, 1981–1990 với chương trình 52C, và từ 1991 đến nay với các dự án SAREC, VACVINA, DAFE, RDAC).

Phần III & IV: Đặc điểm địa bàn và thực trạng sử dụng bể biogas tại xã Thanh Ninh (Content and Research Results)

Tác giả trình bày kết quả phân tích điều kiện tự nhiên - kinh tế - xã hội tại địa phương, đồng thời tổng hợp các số liệu khảo sát thực tế giai đoạn 2014 – 2016:

1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội xã Thanh Ninh

  • Vị trí và địa hình: Xã trung du thuộc huyện Phú Bình, cách thành phố Thái Nguyên 30 km theo Quốc lộ 37. Khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm $22 - 27^\circ\text{C}$, lượng mưa trung bình năm $2.000 - 2.500\text{ mm}$, độ ẩm không khí 81 - 82%.
  • Tài nguyên đất và nước: Đất đai nhìn chung có độ phì nhiêu thấp, tỷ lệ mùn nghèo ($0,x%$), khả năng giữ nước kém. Nguồn nước phụ thuộc vào 29 km sông Cầu chảy qua huyện và hệ thống kênh tưới tiêu nhân tạo dài 33 km.
  • Đặc điểm dân sinh: Mật độ dân số xã thuộc nhóm cao trên địa bàn huyện (>1.000 người/$\text{km}^2$). Lực lượng lao động dồi dào nhưng 78% là lao động nông nghiệp chưa qua đào tạo nghề chuyên sâu.

2. Biến động số lượng và quy mô công trình biogas (2014 – 2016)

Số lượng bể biogas tại xã Thanh Ninh tăng trưởng liên tục từ 73 bể năm 2014, lên 88 bể năm 2015 và đạt 100 bể năm 2016. Phân bố công trình không đồng đều giữa 13 xóm: xóm Nam Hương 1 có số lượng lớn nhất (13 bể), tiếp đến là Nam Hương 3 (10 bể), Tiền Phong, Nam Hương 2, Đồng Trong, Hòa Bình 2 (mỗi xóm 9 bể), trong khi xóm Đồi Thông không có công trình nào.

Về quy mô dung tích xây dựng:

  • Quy mô nhỏ ($< 15\text{ m}^3$): 22 công trình (chiếm 22%), dung tích nhỏ nhất ghi nhận là $6\text{ m}^3$.
  • Quy mô trung bình ($15 - 25\text{ m}^3$): 63 công trình (chiếm 63%), phù hợp với quy mô chăn nuôi nông hộ.
  • Quy mô lớn ($\ge 25\text{ m}^3$): 15 công trình (chiếm 15%), công trình lớn nhất đạt $60\text{ m}^3$, thuộc các gia trại, trang trại tập trung.

Về chủng loại kết cấu: 86/100 công trình (86%) sử dụng mẫu bể nắp vòm cầu cố định (fixed spherical lid) bằng gạch xây do chi phí xây dựng rẻ, ít góc chết kỹ thuật; 14 công trình còn lại sử dụng vật liệu composite hoặc dạng túi nhựa.

3. Nguồn nguyên liệu nạp và mục đích sử dụng

  • Nguồn nguyên liệu: Tổng đàn vật nuôi cung cấp chất thải cho 100 bể biogas là 3.358 con, trong đó chất thải từ lợn chiếm ưu thế tuyệt đối với 2.902 con (cung cấp cho 93 bể, tỷ lệ 93%), trâu bò có 54 con (3 bể, tỷ lệ 3%), và các vật nuôi khác 392 con (4 bể, tỷ lệ 4%).
  • Mục đích sử dụng khí sinh học: 100% hộ dân (100/100) sử dụng khí cho mục đích đun nấu hàng ngày; 39% hộ (39/100) sử dụng thêm cho mục đích thắp sáng bằng đèn gas; 5% hộ (5/100) ứng dụng vào các mục đích khác như sưởi ấm gia súc non, chạy động cơ đốt trong kéo máy nghiền, máy bơm nước hoặc máy phát điện.
  • Mục đích sử dụng phụ phẩm bio-slurry: 93% hộ (93/100) tận dụng dịch thải làm phân bón hữu cơ cho cây trồng; 30% hộ (30/100) dùng làm thức ăn bổ sung cho cá trong ao; 5% hộ (5/100) sử dụng cho các mục đích khác hoặc thải trực tiếp ra môi trường.

4. Đánh giá chất lượng nước thải và hiệu quả kinh tế - môi trường

Kết quả phân tích 4 mẫu nước thải tại Viện Khoa học Sự sống cho thấy công nghệ biogas giúp làm giảm rõ rệt nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi:

Ký hiệu mẫu Loại mẫu TSS (mg/l) $\text{BOD}_5$ (mg/l) Phốt pho tổng (mg/l) Nitơ tổng (mg/l)
T6-01 Nguyên liệu đầu vào (Hộ 1) 3.677,37 1.458,00 28,80 272,89
T6-02 Dịch thải Bio-slurry (Hộ 1) 1.339,45 114,00 20,35 100,52
T6-03 Nguyên liệu đầu vào (Hộ 2) 6.458,57 1.437,00 37,60 456,17
T6-04 Dịch thải Bio-slurry (Hộ 2) 1.589,71 107,00 33,90 130,88
  • Đánh giá chất lượng kỹ thuật: 86 hộ đánh giá công trình vận hành tốt (kín khí, lửa xanh, không mùi rò rỉ), 14 hộ đánh giá ở mức trung bình (do kỹ thuật xây dựng tự phát hoặc vận hành chưa đúng quy trình), không có hộ nào đánh giá chất lượng kém.
  • Hiệu quả kinh tế: Chi phí đầu tư xây dựng trung bình dao động từ 13 triệu đồng (bể $10 - 15\text{ m}^3$), 15 triệu đồng (bể $15 - 25\text{ m}^3$) đến 18 triệu đồng (bể $25 - 30\text{ m}^3$). Về mức tiết kiệm chi phí nhiên liệu, trung bình mỗi tháng một hộ tiết kiệm được khoảng 140.000 đồng (nhóm bể $\le 15\text{ m}^3$ tiết kiệm khoảng 100.000 đồng/tháng).
  • Đánh giá môi trường: 93 hộ khẳng định công trình mang lại hiệu quả môi trường rất tốt (giảm thiểu mùi hôi chuồng trại, sạch sẽ, giảm mật độ ruồi muỗi), 7 hộ đánh giá ở mức tốt, không có hộ nào đánh giá bình thường hay không hiệu quả.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

Khóa luận đã định lượng hóa được toàn diện bức tranh ứng dụng khí sinh học tại xã Thanh Ninh giai đoạn 2014 – 2016 thông qua các chỉ số cụ thể:

Tiêu chí phân tích Số liệu ghi nhận Tỷ lệ / Đơn vị
Tổng số bể biogas hoạt động năm 2016 100 công trình Tăng 27 công trình so với năm 2014
Mẫu bể phổ biến nhất Bể nắp vòm cầu cố định 86% (86 công trình)
Quy mô thể tích chủ đạo $15 - 25\text{ m}^3$ 63% (63 công trình)
Nguồn thải nạp chính Chất thải chăn nuôi lợn 93% (2.902 con lợn / 3.358 vật nuôi)
Tỷ lệ sử dụng khí đun nấu 100/100 hộ 100%
Tỷ lệ sử dụng dịch thải bón cây 93/100 hộ 93%
Hiệu suất giảm $\text{BOD}_5$ qua xử lý Từ ~1.450 mg/l xuống 107 - 114 mg/l Giảm hơn 92%
Hiệu suất giảm TSS qua xử lý Từ 3.677 - 6.458 xuống 1.339 - 1.589 mg/l Giảm 63 - 75%
Mức tiết kiệm chi phí trung bình 140.000 VNĐ/tháng/hộ Bể lớn tiết kiệm nhiều hơn

Hệ thống khuyến nghị của tác giả

Dựa trên kết quả khảo sát và các tài liệu chuyên ngành, tác giả đề xuất 3 nhóm giải pháp khai thác tối ưu phụ phẩm sau biogas (bio-slurry) để nâng cao hiệu quả kinh tế - sinh thái:

  1. Ứng dụng bio-slurry làm phân bón hữu cơ cải tạo đất và phòng trừ sâu bệnh:
    • Tăng cường hoạt động vi sinh vật đất có ích (đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí), cải thiện độ tơi xốp, giữ ẩm, chống xói mòn cho đất đai bạc màu tại xã Thanh Ninh.
    • Hạn chế sự phát triển của ve bét xanh, bệnh đốm lá trên lúa và lúa mì (giảm từ 30% đến 100% mức độ gây hại của sâu bệnh). Dịch thải ủ kỵ khí kết hợp 10% thuốc bảo vệ thực vật sau 48 giờ giúp giảm mật độ côn trùng trên 60%, qua đó cắt giảm chi phí thuốc hóa học.
  2. Sử dụng bio-slurry làm thức ăn bổ sung cho lợn:
    • Cung cấp các nguyên tố đa lượng ($\text{Ca}, \text{P}, \text{N}$), vi lượng ($\text{Cu}, \text{Zn}, \text{Mn}, \text{Fe}$), axit amin thiết yếu và vitamin nhóm B ($\text{B}_1, \text{B}2, \text{B}{12}$).
    • Quá trình lên men kỵ khí đã tiêu diệt 96 - 98% trứng giun sán đường ruột, giúp giảm tỷ lệ nhiễm bệnh ký sinh trùng ở đàn lợn xuống mức 1 - 1,5%.
  3. Ứng dụng bio-slurry trong nuôi trồng thủy sản:
    • Kích thích sự phát triển của sinh vật phù du (tảo, thực vật thủy sinh) làm thức ăn tự nhiên cho cá nhanh gấp 7 - 20 lần so với đối chứng.
    • Bảo tồn oxy hòa tan ($\text{DO}$) trong nước ao nuôi: Ao sử dụng bio-slurry có hàm lượng $\text{DO}$ cao hơn trung bình 43,5% so với ao dùng phân lợn tươi, giảm thiểu hiện tượng cá nổi đầu (theo số liệu đo đạc 23 ngày đêm của Wilkie: ao dùng phân tươi nổi đầu >20 lần, phải bơm sục oxy 6,5 giờ; ao dùng bio-slurry chỉ nổi đầu 16 lần, sục khí 4 giờ).
    • Hạn chế nấm bệnh và ký sinh trùng gây bệnh ngoài da và mang cá, duy trì pH nước ổn định quanh mức trung tính ($\text{pH} \approx 7$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của khóa luận:
    • Số lượng mẫu phân tích phòng thí nghiệm còn hạn chế: Do điều kiện kinh phí và thời gian làm khóa luận cử nhân có hạn, tác giả chỉ thu thập và phân tích được 4 mẫu nước thải (2 đầu vào, 2 đầu ra) tại 2 hộ gia đình thuộc 1 xóm, chưa phản ánh hết sự biến thiên theo các mùa trong năm hoặc các tỷ lệ pha loãng nước rửa chuồng khác nhau.
    • Khó khăn trong thu thập dữ liệu: Địa bàn trải rộng trên 13 xóm với trình độ dân trí không đồng đều khiến việc thu thập đầy đủ thông tin định lượng qua phiếu hỏi gặp một số trở ngại.
    • Rào cản nhân rộng thiết bị phụ trợ: Việc mở rộng sử dụng khí sinh học cho thắp sáng hoặc chạy máy động lực còn thấp (5 - 39%) do giá thành các thiết bị chuyên dụng (đèn gas, máy phát điện chạy biogas) còn cao và người dân thiếu kỹ thuật lắp đặt, bảo dưỡng.
  • Hướng nghiên cứu tiếp theo:
    • Mở rộng quy mô lấy mẫu nước thải theo chu kỳ mùa vụ và kiểm nghiệm thêm các chỉ số vi sinh vật (như E. coli, Coliforms, trứng giun sán).
    • Thực hiện các thử nghiệm đối chứng đồng ruộng về năng suất cây trồng khi sử dụng dịch thải bio-slurry thay thế phân bón vô cơ tại huyện Phú Bình.
    • Nghiên cứu mô hình liên kết cộng đồng trong việc chia sẻ nguồn khí dư thừa giữa các hộ chăn nuôi quy mô lớn và các hộ không chăn nuôi lân cận.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là nguồn tài liệu tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và học viên ngành Môi trường, Nông nghiệp: Cung cấp quy trình khảo sát thực địa kết hợp kiểm nghiệm chỉ tiêu môi trường cơ bản ($\text{TSS}, \text{BOD}_5, \text{N}, \text{P}$), phương pháp thiết kế bảng hỏi và xử lý dữ liệu năng lượng nông thôn.
  • Cán bộ khuyến nông và quản lý môi trường cấp cơ sở: Cung cấp luận cứ thực tiễn về cơ cấu quy mô bể ($15 - 25\text{ m}^3$ là phù hợp nhất cho nông hộ), định mức sinh chất thải gia súc (lợn, trâu, bò) và các thông số kinh tế - kỹ thuật để xây dựng kế hoạch nhân rộng mô hình nông thôn mới.
  • Người chăn nuôi nông hộ: Tham khảo các phương pháp tận dụng phụ phẩm bùn thải và nước thải sau ủ kỵ khí (bio-slurry) để giảm chi phí mua thức ăn cho cá, phân bón cây trồng và kiểm soát dịch bệnh đường ruột ở vật nuôi.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận ghi nhận tổng số bao nhiêu bể biogas tại xã Thanh Ninh vào năm 2016 và quy mô nào phổ biến nhất?

Năm 2016, xã Thanh Ninh có tổng cộng 100 bể biogas đang hoạt động (tăng 27 bể so với năm 2014). Trong đó, quy mô thể tích từ $15 - 25\text{ m}^3$ chiếm tỷ lệ lớn nhất với 63 công trình (63%), nhóm $< 15\text{ m}^3$ chiếm 22 công trình (22%) và nhóm $\ge 25\text{ m}^3$ chiếm 15 công trình (15%).

2. Kiểu dáng công trình biogas nào được xây dựng nhiều nhất tại địa bàn và nguyên nhân do đâu?

Mẫu bể nắp vòm cầu cố định (fixed spherical lid digester) được xây dựng nhiều nhất, chiếm 86% (86/100 công trình). Lý do là mẫu bể này có chi phí xây dựng rẻ, kết cấu không góc cạnh giúp giảm thể tích chết, độ bền cao và kỹ thuật thi công bằng gạch phù hợp với điều kiện kinh tế và tay nghề thợ xây tại địa phương.

3. Nguồn nguyên liệu nạp chính cho các bể biogas tại xã Thanh Ninh là gì?

Nguyên liệu nạp chủ yếu là chất thải từ chăn nuôi lợn với 2.902 con (cung cấp nguyên liệu cho 93/100 bể, đạt tỷ lệ 93%). Trâu bò chỉ có 54 con cung cấp cho 3 bể (3%), các vật nuôi khác chiếm 392 con cung cấp cho 4 bể (4%).

4. Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau bể biogas biến đổi như thế nào?

Theo kết quả phân tích tại Viện Khoa học Sự sống, nồng độ các chất ô nhiễm giảm mạnh sau quá trình ủ kỵ khí:

  • $\text{BOD}_5$ giảm từ mức $1.437 - 1.458\text{ mg/l}$ ở đầu vào xuống còn $107 - 114\text{ mg/l}$ ở đầu ra (giảm trên 92%).
  • $\text{TSS}$ giảm từ $3.677,37 - 6.458,57\text{ mg/l}$ xuống còn $1.339,45 - 1.589,71\text{ mg/l}$.
  • Hàm lượng Tổng Nitơ giảm từ $272,89 - 456,17\text{ mg/l}$ xuống còn $100,52 - 130,88\text{ mg/l}$.
  • Hàm lượng Tổng Phốt pho giảm từ $28,80 - 37,60\text{ mg/l}$ xuống còn $20,35 - 33,90\text{ mg/l}$.

5. Việc sử dụng bể biogas mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp hàng tháng như thế nào cho các hộ gia đình?

Bình quân mỗi tháng một hộ gia đình sử dụng bể biogas tiết kiệm được khoảng 140.000 đồng chi phí chất đốt (bếp gas thương phẩm, than, củi hoặc điện). Ngoài ra, các hộ còn tiết kiệm chi phí mua phân bón hóa học và thức ăn cho cá nhờ tận dụng dịch thải bio-slurry.

Kết luận

Khóa luận cử nhân ngành Khoa học và Quản lý Môi trường của tác giả Dương Thị Hồng đã phản ánh bức tranh thực tế về việc ứng dụng công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình tại xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên trong giai đoạn 2014 – 2016. Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả kép của hệ thống bể biogas nắp vòm cố định dung tích $15 - 25\text{ m}^3$ trong việc xử lý triệt để ô nhiễm chất thải chăn nuôi lợn (giảm trên 92% $\text{BOD}_5$) và mang lại lợi ích kinh tế thiết thực (~140.000 đồng/tháng/hộ). Các giải pháp tận dụng phụ phẩm bio-slurry phục vụ trồng trọt và thủy sản được đề xuất trong khóa luận cung cấp cơ sở kỹ thuật có giá trị ứng dụng cao cho phát triển nông nghiệp sinh thái tại địa phương.