Tổng quan luận án

Chăn nuôi lợn là phân ngành chiếm tỷ trọng lớn nhất trong cơ cấu sản lượng thịt của ngành nông nghiệp Việt Nam, đạt 72,98% tổng sản lượng thịt vào năm 2016. Theo thống kê của Cục Chăn nuôi, đàn lợn tăng từ 27,06 triệu con năm 2011 lên 29,08 triệu con năm 2016, kéo theo lượng chất thải rắn gia tăng từ 24,69 triệu tấn/năm lên 26,53 triệu tấn/năm. Hoạt động chăn nuôi phát sinh lượng lớn nước thải và khí thải ô nhiễm chứa $H_2S$, $NH_3$, vi sinh vật gây bệnh (Coliform, E. coli), trứng giun sán và các khí nhà kính như $CH_4$, $CO_2$, $N_2O$, gây ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường nước mặt, nước ngầm, đất, không khí và sức khỏe cộng đồng. Năm 2012, tổng khối lượng phát thải $CO_2$ tương đương từ chăn nuôi lợn tại Việt Nam ước tính đạt 4.887.406 tấn/năm.

Trong số các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi, công nghệ biogas (khí sinh học) được áp dụng phổ biến nhất, chiếm tỷ lệ 64,9% trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn vào năm 2017. Mặc dù công nghệ biogas đã được triển khai rộng rãi, phần lớn các công trình nghiên cứu trước đây chỉ tập trung đánh giá hiệu quả xử lý kỹ thuật hoặc lượng hóa đơn lẻ từng mặt ích lợi. Khoảng trống nghiên cứu đặt ra là chưa có công trình đánh giá tổng hợp đa lợi ích của giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ biogas đồng thời ở cả hai quy mô nông hộ và trang trại tại Việt Nam; đặc biệt thiếu vắng các nghiên cứu lượng hóa đa lợi ích tính toán chi tiết trên từng đầu lợn theo từng giai đoạn phát triển cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án gồm:

  1. Đánh giá tiềm năng đa lợi ích của giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô trang trại và nông hộ bằng công nghệ biogas.
  2. Đề xuất các giải pháp tăng cường, mở rộng sử dụng hiệu quả đa lợi ích của công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô trang trại và nông hộ.

Luận án triển khai 3 nội dung nghiên cứu chính:

  1. Nội dung 1: Điều tra, khảo sát, thu thập dữ liệu về đặc điểm chăn nuôi lợn, sử dụng công nghệ biogas và các lợi ích đem lại từ công nghệ tại quy mô hộ gia đình và trang trại tại một số địa phương Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam.
  2. Nội dung 2: Đánh giá thực trạng và lượng hóa giá trị đa lợi ích của công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn ở quy mô hộ gia đình và trang trại tại khu vực nghiên cứu.
  3. Nội dung 3: Đề xuất các giải pháp tăng cường sử dụng hiệu quả đa lợi ích của công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình và trang trại tại khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam.

Đối tượng nghiên cứu là giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi lợn tập trung bằng công nghệ biogas và các giá trị đa lợi ích tiềm năng sinh ra từ giải pháp này. Phạm vi không gian tập trung tại một số địa phương thuộc khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam (bao gồm các điểm khảo sát nông hộ tại Hà Nam như xã Ngọc Lũ, An Nội và hệ thống 19 trang trại chăn nuôi lợn). Phạm vi thời gian sử dụng chuỗi số liệu thống kê, điều tra thực địa trong giai đoạn 2010–2017 và tính toán cập nhật đến năm 2019.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế về phát triển chăn nuôi lợn, công nghệ phân hủy kỵ khí và cách tiếp cận đa lợi ích:

Về phát triển ngành chăn nuôi và ô nhiễm môi trường, tác giả trích dẫn các báo cáo và công trình của Tổ chức Lương Nông Thế giới (FAO, 2014), Đinh Xuân Tùng (2017), Cục Chăn nuôi (2008, 2011, 2016), Vũ Thị Khánh Vân (2013) và Tổ chức Đối tác Môi trường Nước Châu Á (WEPA, 2017). Các công trình này chỉ rõ sự gia tăng nhanh chóng của đàn lợn dẫn đến quá tải chất thải rắn và nước thải, trong khi chỉ khoảng 30% trang trại thực hiện tách riêng phân khô và nước rửa chuồng, 60% xử lý ở dạng hỗn hợp và tỷ lệ nước thải đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 62-MT:2016/BTNMT còn rất thấp.

Về cơ chế phân hủy kỵ khí và kỹ thuật biogas, luận án kế thừa các nghiên cứu nền tảng của Gujer (1983), Sari Luostarinen và cộng sự (2011), Bùi Văn Chính và cộng sự (2013). Các nghiên cứu này đã làm rõ 4 giai đoạn sinh hóa phân hủy chất hữu cơ (thủy phân, axit hóa, acetat hóa, mêtan hóa) cũng như các yếu tố công nghệ chi phối như thời gian lưu thủy lực (HRT), tải trọng chất hữu cơ (OLR), nhiệt độ và độ pH.

Về khung lý thuyết và lịch sử phát triển cách tiếp cận đa lợi ích (co-benefits / multiple benefits), luận án điểm lại các cột mốc từ Chương trình nghị sự 21 (1992), Tuyên bố Thiên niên kỷ (2000), Kế hoạch hành động Bali (2007), các định nghĩa của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA), Viện Chiến lược Môi trường Toàn cầu (IGES), Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC, 2007), khung phân tích của Ngân hàng Thế giới (Leisa Perch, 2010), Pearce, và Đỗ Nam Thắng cùng cộng sự. Các công trình đánh giá thực nghiệm đa lợi ích trên thế giới được tác giả phân tích gồm: Jianbang Gan và cs (2007) tại Texas (Mỹ); K. He và cs (2010) tại Trung Quốc; Sivertsen và cs (2010) tại Na Uy; Ying Li và cs (2011) tại Bangkok (Thái Lan); Mondal và cs (2010) tại Bangladesh; Tirusha Thambiran và cs (2011) tại Durban (Nam Phi); Chao-Heng Tseng và cs (2015) tại Đài Loan; Báo cáo Chính phủ Ấn Độ (2002); Syed Sajid Hussain và cs (2014) tại Pakistan; Mary Renwick và cs (2007) tại Uganda, Rwanda, Ethiopia; Tom Bond (2011); ISAT/GTZ (1999); TÜV Rheinland (China) Ltd.

Tại Việt Nam, các chương trình thực tiễn được điểm lại gồm: Dự án "Chương trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam" (BPD) do Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp với Tổ chức Phát triển Hà Lan (SNV) triển khai từ 2003 (đến tháng 6/2016 đã xây dựng 157.583 công trình biogas hộ gia đình tại 55 tỉnh thành); Dự án Hỗ trợ Nông nghiệp Carbon thấp (LCASP) vốn vay Ngân hàng Phát triển Châu Á (ADB) 84 triệu USD tại 10 tỉnh (xây dựng 24.938 hầm biogas tính đến 01/3/2017); và các hoạt động phát hành 2,4 triệu tín chỉ giảm phát thải carbon (VERs/CERs) theo Tiêu chuẩn Vàng.

Khoảng trống mà luận án lựa chọn giải quyết là xây dựng khung phương pháp luận hoàn chỉnh nhằm tích hợp, lượng hóa đồng thời các chiều cạnh lợi ích môi trường, năng lượng, nông nghiệp và sức khỏe cộng đồng của công nghệ biogas ở cả hai quy mô hộ gia đình và trang trại; thiết lập mô hình ma trận tính toán giá trị đa lợi ích cụ thể cho từng nhóm lợn theo các giai đoạn sinh trưởng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng khung phân tích đa lợi ích được điều chỉnh từ mô hình của Ngân hàng Thế giới (World Bank) và định nghĩa của Đỗ Nam Thắng cùng cộng sự: đa lợi ích của việc xử lý chất thải chăn nuôi là tổng hợp lợi ích giảm nhẹ biến đổi khí hậu và các lợi ích khác phát sinh từ hoạt động giảm thiểu (bao gồm môi trường, năng lượng, kinh tế, nông nghiệp và sức khỏe). Cơ sở sinh hóa dựa trên lý thuyết phân hủy kỵ khí 4 giai đoạn của Gujer (1983):

  1. Thủy phân: Phân cắt polymers (carbohydrat, protein, lipit) thành monomers/dimers (đường đơn, amino axit, axit béo chuỗi dài - LCFA, ancol).
  2. Axit hóa: Vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ nhỏ thành các axit béo dễ bay hơi (VFA) và hợp chất amoni ($NH_4^+-N$).
  3. Acetat hóa: Chuyển hóa VFA thành acetat, hydro ($H_2$) và cacbonic ($CO_2$).
  4. Mêtan hóa: Vi khuẩn sinh mêtan chuyển hóa acetat (chiếm khoảng 70% lượng $CH_4$) và hydro cùng $CO_2$ (chiếm khoảng 30% lượng $CH_4$) thành khí mêtan ($CH_4$).

Các phương pháp nghiên cứu thực tế gồm:

  • Phương pháp điều tra xã hội học: Sử dụng phiếu điều tra cấu trúc để thu thập dữ liệu về quy mô đàn, loại công trình biogas, tập quán quản lý chất thải, mức tiêu thụ năng lượng đun nấu/thắp sáng/phát điện, tình hình sức khỏe và chi phí y tế tại các nông hộ và 19 trang trại chăn nuôi lợn.
  • Phương pháp lấy mẫu và phân tích nước thải: Tiến hành lấy mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của hệ thống biogas, bảo quản và phân tích trong phòng thí nghiệm các thông số: $COD$, $BOD_5$, chất rắn lơ lửng ($TSS$), tổng nitơ ($TN$), amoni ($N-NH_4^+$), tổng photpho ($TP$), vi sinh vật gây bệnh; đối chiếu với quy chuẩn QCVN 62-MT:2016/BTNMT.
  • Phương pháp đánh giá lợi ích môi trường: Lượng hóa tải lượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng giảm thiểu; tính toán chi phí tiết kiệm nhờ tránh phải nộp phí bảo vệ môi trường đối với nước thải theo quy định pháp luật.
  • Phương pháp đánh giá lợi ích giảm phát thải khí nhà kính: Áp dụng hướng dẫn của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) và cơ chế phát triển sạch (CDM) để tính lượng giảm phát thải $CH_4$ từ phân chuồng, lượng $CO_2$ tránh phát thải do thay thế nhiên liệu hóa thạch/điện lưới, quy đổi ra tấn $CO_2$ tương đương ($tCO_2e$) và tính toán doanh thu tiềm năng từ việc thương mại hóa chứng chỉ giảm phát thải (CERs/VERs).
  • Phương pháp đánh giá lợi ích sức khỏe: Xác định tỷ lệ giảm thiểu các ca nhiễm khuẩn đường hô hấp cấp dưới (ALRI) ở trẻ em dưới 5 tuổi và bệnh đường hô hấp ở phụ nữ nhờ thay thế nhiên liệu đun nấu truyền thống (than, củi, phụ phẩm) bằng khí sinh học sạch, lượng hóa thành chi phí y tế tiết kiệm được.
  • Phương pháp thống kê và ma trận: Ứng dụng thống kê toán học, thiết lập bài toán ma trận để phân bổ và tính toán chi tiết giá trị đa lợi ích thu được trên mỗi đầu lợn theo từng nhóm (lợn nái, lợn con, lợn thịt ở các khối lượng khác nhau).

Nguồn tư liệu và dữ liệu gồm: Dữ liệu sơ cấp từ các đợt điều tra khảo sát thực địa, đo đạc phân tích mẫu nước thải tại Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ; dữ liệu thứ cấp từ Cục Chăn nuôi, Tổng cục Thống kê, Bộ Tài nguyên và Môi trường, các báo cáo dự án BPD, LCASP, tài liệu của FAO, USDA và IPCC.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa tình hình phát triển ngành chăn nuôi lợn, áp lực chất thải môi trường, các đặc tính kỹ thuật của công nghệ biogas và bức tranh nghiên cứu đa lợi ích:

  • Về sản xuất và phát thải: Số lượng lợn toàn cầu giai đoạn 2012–2019 duy trì ở mức 767,6–801,6 triệu con; Trung Quốc đứng đầu thế giới với 52,3 triệu tấn thịt năm 2017. Tại Việt Nam, đàn lợn đạt 29,08 triệu con năm 2016, tập trung cao nhất ở Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long. Khối lượng chất thải rắn chăn nuôi lợn theo các vùng được tổng hợp trong bảng số liệu sau:
Vùng sinh thái Khối lượng chất thải chăn nuôi lợn nông hộ (1.000 tấn) Khối lượng chất thải chăn nuôi lợn trang trại (1.000 tấn) Tổng khối lượng chất thải (1.000 tấn)
Đồng bằng sông Hồng 2.606 1.890 4.496
Miền núi phía Bắc 2.150 580 2.730
Duyên hải miền Trung 2.890 920 3.810
Tây Nguyên 850 430 1.280
Đông Nam Bộ 1.120 2.450 3.570
Đồng bằng sông Cửu Long 3.210 980 4.190
Cả nước 12.826 7.250 20.076
  • Về đặc tính khí sinh học: Thành phần KSH thu hồi tại Việt Nam gồm $CH_4$ (50–70%), $CO_2$ (30–45%), $N_2$ (0–3%), $H_2S$ (0–3%), $H_2$ (0–3%), $O_2$ (0–3%). Hiệu suất sinh khí của phân lợn đạt 40–60 lít/kg/ngày, cao hơn phân bò và trâu (15–23 lít/kg/ngày). Tiềm năng khí mêtan sinh học (BMP) của phân lợn đạt 180–490 $m^3/tVS$ đối với phân lỏng và 162–270 $m^3/tVS$ đối với phân khô.
  • Về tác động cải thiện không khí trong nhà: Sử dụng KSH làm chất đốt giúp giảm phát thải các chất ô nhiễm độc hại so với than đá và củi, thể hiện qua số liệu đo đạc sau khi nấu:
Chỉ tiêu ô nhiễm Biogas Than đá Củi Phụ phẩm nông nghiệp
Bụi lơ lửng ($SPM$) ($mg/m^3$) 0 0,03 2,99 3,51
Cacbon monoxit ($CO$) ($mg/m^3$) 0,19 4,15 1,75 1,17
Lưu huỳnh đioxit ($SO_2$) ($mg/m^3$) 0,01 0,01 0,01 0,01
Hydrocacbon ($HCs$) ($mg/m^3$) 0,15 0,34 0,48 0,38
Hydro sunfua ($H_2S$) ($mg/m^3$) 0 0 0,02 0,01
  • Về phân loại đa lợi ích: Tổng hợp khung đa lợi ích theo American Biogas Council thành 4 nhóm: Lợi ích xử lý chất thải, Lợi ích năng lượng, Lợi ích môi trường và Lợi ích kinh tế.

Chương 2: Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết cách tiếp cận, đối tượng khảo sát và quy trình thực hiện các phương pháp lượng hóa:

  • Quy mô khảo sát: Điều tra thực địa tại các cụm nông hộ chăn nuôi lợn có hầm biogas tại tỉnh Hà Nam (xã Ngọc Lũ, An Nội) và 19 trang trại chăn nuôi lợn tập trung tại khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ (sử dụng các loại hầm nắp cố định KT1, KT2, composite và hầm phủ bạt nhựa HDPE quy mô lớn).
  • Phương pháp phân tích nước thải: Tiến hành lấy mẫu nước thải theo chuỗi vị trí: đầu vào bể phân giải, đầu ra sau hầm biogas, qua các ngăn lắng/bể sinh học hiếu khí-kỵ khí và điểm xả thải ra môi trường. Đo đạc các thông số $BOD_5$, $COD$, $TSS$, $TN$, $TP$, $N-NH_4^+$ theo các Tiêu chuẩn Việt Nam và phương pháp chuẩn Standard Methods.
  • Thuật toán lượng hóa đa lợi ích:
    • Lợi ích môi trường: Tính tổng lượng tải lượng ô nhiễm cắt giảm ($COD$, $BOD$, $TSS$), nhân với đơn giá phí bảo vệ môi trường tương ứng quy định tại Nghị định của Chính phủ để ra giá trị chi phí tránh nộp.
    • Lợi ích năng lượng: Quy đổi sản lượng khí $CH_4$ thu hồi thành năng lượng nhiệt tương đương thay thế cho than đá, củi đun, bình gas LPG (đối với hộ gia đình) hoặc quy đổi ra sản lượng điện năng phát ra từ máy phát điện chạy khí biogas ($kWh$) nhân với giá điện thương phẩm (đối với trang trại).
    • Lợi ích giảm phát thải KNK: Sử dụng hệ số phát thải $EF$, nhân với số lượng lợn và tiềm năng làm nóng toàn cầu của $CH_4$ ($GWP = 21$ trong chu kỳ 100 năm theo IPCC) trừ đi lượng phát thải phát sinh từ vận hành để tính tổng lượng $tCO_2e$ cắt giảm, tính doanh thu theo đơn giá tín chỉ carbon.
    • Lợi ích nông nghiệp: Tính toán hàm lượng $N$, $P$, $K$ hữu dụng trong nước thải và bùn thải sau biogas để quy đổi thành khối lượng phân bón hóa học (urê, supe lân, kali clorua) được thay thế.
    • Lợi ích sức khỏe: Tính toán số ca bệnh ALRI tránh được ở trẻ em dưới 5 tuổi theo mô hình dịch tễ môi trường, nhân với chi phí khám chữa bệnh bình quân một đợt điều trị.
    • Thiết lập ma trận tính toán đa lợi ích theo từng nhóm lợn: Xây dựng hệ thống phương trình ma trận biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số phát sinh chất thải, hệ số chuyển hóa thành năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và giá trị tiền tệ cho từng giai đoạn sinh trưởng của lợn.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các phát hiện định lượng và thảo luận kết quả nghiên cứu:

  • Hiện trạng xử lý nước thải: Kết quả phân tích cho thấy hầm biogas có hiệu suất phân hủy chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng cao: $COD$ giảm trung bình 84,7%, $BOD_5$ giảm 76,3%, $SS$ giảm 86,1%, $VSS$ giảm 85,4%, vi sinh vật gây bệnh giảm 51,2%. Tuy nhiên, khả năng xử lý chất dinh dưỡng thấp: tổng Nitơ chỉ giảm trung bình 11,8%, tổng Photpho chỉ giảm 7,0%. Nước thải đầu ra sau hầm biogas tại hầu hết các trang trại vẫn có nồng độ chất hữu cơ và dinh dưỡng vượt ngưỡng xả thải theo QCVN 62-MT:2016/BTNMT nếu không có các công trình xử lý bổ sung (bể lắng, hồ sinh học hiếu khí/kỵ khí).
  • Lượng hóa đa lợi ích ở quy mô hộ gia đình:
    • Lợi ích năng lượng: Hộ gia đình có hầm biogas tiết kiệm được chi phí mua nhiên liệu đun nấu (LPG, than, củi) trung bình từ 1,2 đến 2,4 triệu đồng/hộ/năm.
    • Lợi ích nông nghiệp: Nước thải và bùn thải biogas thay thế một phần phân hóa học, làm tăng năng suất cây trồng (như bắp cải, khoai tây) và tiết kiệm chi phí mua phân bón.
    • Lợi ích sức khỏe: Giảm thiểu rõ rệt các đợt phát bệnh nhiễm khuẩn hô hấp cấp dưới (ALRI) ở trẻ em dưới 5 tuổi tại xã Ngọc Lũ và An Nội, tiết kiệm chi phí khám chữa bệnh và thời gian chăm sóc của phụ nữ.
    • Tổng hợp đa lợi ích: Ước tính tổng giá trị đa lợi ích tiềm năng hàng năm của 1 hầm biogas hộ gia đình và nhân rộng cho toàn bộ 467.231 hầm biogas nông hộ tại Việt Nam tính đến tháng 10/2017.
  • Lượng hóa đa lợi ích ở quy mô trang trại:
    • Lợi ích môi trường: 19 trang trại khảo sát tiết kiệm được hàng trăm triệu đồng mỗi năm nhờ giảm phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
    • Lợi ích năng lượng: Các trang trại lắp đặt máy phát điện chạy biogas tiết kiệm được lượng điện năng tiêu thụ phục vụ vận hành quạt thông gió, bơm nước và chiếu sáng chuồng trại. Tuy nhiên, lượng khí $CH_4$ dư thừa không sử dụng hết tại các trang trại là rất lớn, thường xuyên bị đốt bỏ hoặc xả thẳng ra khí quyển gây lãng phí và ô nhiễm.
    • Lợi ích giảm phát thải KNK: Doanh thu tiềm năng hàng năm từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải carbon (CERs/VERs) của 19 trang trại đóng góp đáng kể vào cân đối tài chính của cơ sở chăn nuôi.
  • Kết quả tính toán đa lợi ích theo từng nhóm lợn: Luận án lượng hóa giá trị đa lợi ích tiềm năng trên 1 đầu lợn theo các giai đoạn phát triển: lợn nái, lợn con sau cai sữa, lợn thịt giai đoạn vỗ béo, làm cơ sở khoa học để các cơ sở chăn nuôi lựa chọn quy mô hầm biogas phù hợp với cơ cấu đàn.
  • Đề xuất giải pháp: Luận án đưa ra các nhóm giải pháp hoàn thiện kỹ thuật thu hồi và sử dụng khí sinh học dư thừa (chạy máy phát điện, hòa lưới, sưởi ấm); xây dựng bổ sung các công trình xử lý nước thải sau biogas bằng giải pháp sinh học để đạt QCVN 62-MT:2016/BTNMT; tăng cường cơ chế hỗ trợ tài chính, mở rộng phát hành tín chỉ carbon cho quy mô trang trại.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới của đề tài được luận án tự nêu bao gồm:

  1. Lần đầu tiên đưa ra kết quả đánh giá tổng hợp đa lợi ích của công nghệ biogas ở quy mô hộ gia đình và trang trại ở Việt Nam bằng phương pháp tiếp cận đa lợi ích; và đưa ra kết quả đánh giá tổng hợp đa lợi ích của công nghệ biogas áp dụng xử lý chất thải chăn nuôi lợn quy mô trang trại đối với từng giai đoạn phát triển của lợn.
  2. Đề xuất được các giải pháp tăng cường, mở rộng sử dụng hiệu quả đa lợi ích của công nghệ biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn.

Về mặt giải pháp, luận án đề xuất:

  • Giải pháp kỹ thuật: Khắc phục tình trạng xả thừa khí biogas bằng cách đầu tư hệ thống máy phát điện sinh học kết hợp thu hồi nhiệt; áp dụng quy trình tách phân khô trước khi đưa vào hầm ủ; xây dựng hệ thống xử lý bậc cao sau hầm biogas (kết hợp kỵ khí, hiếu khí và hồ sinh học) nhằm đưa nước thải đạt chuẩn xả thải môi trường.
  • Giải pháp chính sách và tài chính: Xây dựng cơ chế thúc đẩy thương mại hóa chứng chỉ giảm phát thải khí nhà kính (tín chỉ carbon) cho cả quy mô hộ gia đình và trang trại; hỗ trợ vay vốn ưu đãi cho các cơ sở chăn nuôi đầu tư hệ thống biogas đồng bộ; hoàn thiện hướng dẫn kỹ thuật vận hành và bảo dưỡng hầm ủ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về hạn chế, luận án tập trung khảo sát thực địa tại một số địa phương thuộc khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, chưa bao phủ toàn bộ 6 vùng sinh thái nông nghiệp của cả nước. Các dữ liệu về sức khỏe và dịch tễ học mới được lượng hóa đại diện tại một số xã trọng điểm chăn nuôi (như xã Ngọc Lũ, An Nội thuộc tỉnh Hà Nam) và trên tập hợp 19 trang trại điển hình. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng (Nitơ và Photpho) của hầm biogas đơn thuần còn thấp, đòi hỏi phải có công nghệ phụ trợ đi kèm.

Về hướng nghiên cứu tiếp, luận án định hướng:

  • Mở rộng phạm vi điều tra, đánh giá tiềm năng đa lợi ích của công nghệ biogas trên các vùng sinh thái nông nghiệp khác trên cả nước, đặc biệt là Đồng bằng sông Cửu Long và Đông Nam Bộ.
  • Nghiên cứu sâu hơn các giải pháp kỹ thuật xử lý triệt để nước thải sau biogas và tận thu bùn thải làm phân bón hữu cơ vi sinh quy mô công nghiệp.
  • Hoàn thiện mô hình toán học và phần mềm tính toán đa lợi ích tự động phục vụ công tác quản lý môi trường ngành chăn nuôi.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho các đối tượng sau:

  • Các nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh): Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách quản lý chất thải chăn nuôi, tiêu chuẩn kỹ thuật hầm biogas và chính sách phát triển thị trường tín chỉ carbon trong nông nghiệp.
  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và sinh viên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Nông nghiệp: Cung cấp khung lý thuyết tiếp cận đa lợi ích, phương pháp luận kết hợp phân tích kỹ thuật môi trường với lượng hóa kinh tế - sức khỏe, cùng hệ thống số liệu thực nghiệm.
  • Chủ trang trại và người chăn nuôi lợn: Tham khảo các thông số kỹ thuật về dung tích hầm, lượng khí sinh ra, giải pháp khắc phục khí dư thừa và giải pháp xử lý nước thải đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

  1. Hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng của công nghệ biogas trong luận án đạt bao nhiêu phần trăm?
  • Theo kết quả thực nghiệm của luận án, hầm biogas xử lý rất tốt các chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng: $COD$ giảm trung bình 84,7%, $BOD_5$ giảm 76,3%, chất rắn lơ lửng $SS$ giảm 86,1%, $VSS$ giảm 85,4% và vi sinh vật gây bệnh giảm 51,2%. Tuy nhiên, khả năng xử lý chất dinh dưỡng còn hạn chế: tổng Nitơ chỉ giảm 11,8% và tổng Photpho chỉ giảm 7,0%.
  1. Thành phần hóa học và tỷ lệ các khí trong khí sinh học (KSH) tại Việt Nam gồm những chất nào?
  • Theo số liệu Cục Chăn nuôi được luận án dẫn dụng, thành phần KSH gồm: Mêtan ($CH_4$) chiếm 50–70%, Cacbonic ($CO_2$) chiếm 30–45%, Hydro sunfua ($H_2S$) chiếm 0–3%, Hydro ($H_2$) chiếm 0–3%, Nitơ ($N_2$) chiếm 0–3% và Oxy ($O_2$) chiếm 0–3%.
  1. Tại sao sử dụng khí biogas làm chất đốt trong nhà bếp lại giúp cải thiện sức khỏe người dân?
  • Kết quả đo đạc cho thấy khi đun nấu bằng biogas, nồng độ bụi lơ lửng ($SPM$) phát sinh trong bếp bằng 0 $mg/m^3$ (trong khi đun củi là 2,99 $mg/m^3$, phụ phẩm là 3,51 $mg/m^3$), nồng độ $CO$ chỉ là 0,19 $mg/m^3$ (thấp hơn nhiều so với than đá là 4,15 $mg/m^3$ và củi là 1,75 $mg/m^3$). Nhờ giảm ô nhiễm không khí trong nhà, tỷ lệ mắc các bệnh nhiễm khuẩn đường hô hấp cấp dưới (ALRI) ở phụ nữ và trẻ em dưới 5 tuổi giảm rõ rệt.
  1. Điểm mới trong phương pháp lượng hóa đa lợi ích của luận án đối với chăn nuôi lợn trang trại là gì?
  • Luận án lần đầu tiên xây dựng bài toán ma trận cho phép lượng hóa tổng hợp toàn bộ các chiều cạnh lợi ích (môi trường, năng lượng, giảm phát thải KNK, kinh tế) quy đổi chi tiết trên từng đầu lợn theo từng giai đoạn phát triển (lợn nái, lợn con, lợn thịt các lứa tuổi).
  1. Tình trạng quản lý khí sinh học dư thừa tại các trang trại chăn nuôi lợn ở Việt Nam hiện nay ra sao?
  • Tại các trang trại quy mô lớn, lượng KSH sinh ra vượt quá nhu cầu đun nấu thông thường. Phần lớn lượng khí dư thừa bị xả trực tiếp ra khí quyển hoặc đốt bỏ mà chưa được khai thác triệt để qua hệ thống máy phát điện sinh học để hòa lưới hoặc phục vụ sản xuất.

Kết luận

Luận án của tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Hương đã giải quyết vấn đề đánh giá tiềm năng đa lợi ích của giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi lợn bằng công nghệ biogas tại khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam. Bằng việc kết hợp đo đạc chất lượng môi trường, điều tra xã hội học và mô hình toán ma trận, công trình đã lượng hóa đồng thời các giá trị về môi trường, năng lượng, giảm nhẹ biến đổi khí hậu, nông nghiệp và sức khỏe ở cả quy mô nông hộ và trang trại, cũng như phân bổ theo từng giai đoạn phát triển của đầu lợn. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và phương pháp luận phục vụ công tác quản lý chất thải chăn nuôi, định hướng chính sách bảo vệ môi trường nông thôn và phát triển nông nghiệp phát thải thấp tại Việt Nam.