-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------iii ABSTRACT The study focuses on waste management in the Mekong Delta of Vietnam (MD) through the application of biogas plants to livestock and agricultural waste treatment. As the biggest “rice bowl” in the country, the MD produces more than 50% of the national aquaagricultural production, in which livestock sector contributes more than 20% of agricultural growth. The increasing livestock sector, however, has been attributed to the environmental problems, particularly in relation to the free discharge of waste/wastewater into the water open sources in the region. Such the environmental problems have become more serious in the rural areas of the MD where the water from the canal network is used as the main water supply sources to the 60% of local communities. Biogas technology was introduced as an environmentally-friendly treatment for animal and human wastes in the MD in the 1980s. Nonetheless, the number of biogas plants already constructed is considerably limited in comparison to the actual demand on livestock waste treatment in the region. The study, therefore, aims at seeking for possible solutions to promote the widespread application of biogas plants in the MD in order to help improve the sanitary condition of the local communities. In this study, a survey of 110 farmers was conducted in the three provinces of the MD. The farmers included biogas user households, non-biogas user households, and biogas masons. The interviews with the three groups of farmers provided profound and comprehensive information on the actual application and demand of biogas plants in the MD. Accordingly, a large number of the local people have acknowledged the great benefits of biogas application. However, the interviews revealed that there are some impediments to the development of biogas plants in the region such as high investment cost, shortage of input to biogas plants, and limited possibilities of application of by-products from biogas plants. In an attempt to search for locally available materials to be used as additional inputs to pig manure (PM) in biogas plants, water hyacinth (WH) and spent mushroom compost (SMC) were chosen due to their potentials and availability. The testing results showed that codigestion of PM with either WH or SMC maintained the quality and quantity of produced biogas very well. The batch experiments of the PM+WH co-digestion indicated that the more percentage of WH containing in the feeding rate, the more biogas will be produced. The produced biogas was not significantly different between the treatment of 100%PM+ 0%SMC, of 75%PM+25%SMC, of 50%PM+50%SMC, and of 25%PM+75%SMC. In both of the cases, the produced biogas was in good quality with methane content reaching up to 60%. More significantly, the semi-continuous treatment of 75%PM+25%WH and of 75%PM+25%SMC were in good operation during a 90 consecutive day period without a blockage of the substrate even though the substrate was not agitated. Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------iv In addition to the high potentials of WH and SMC as the additional materials, the bioslurries from the co-digesters had a positive response to cultivation and aquaculture. In the tests on the growth of leaf mustard fertilized separately with the bio-slurries from the different kinds of co-digestion plants (the plant fed solely with PM, with PM+WH, and with PM+SMC) and inorganic fertilizer (IF), the weight of the plant was not significantly different in the treatment of IF, of PM, and of PM+WH. The weight of the mustard fed with the bio-slurry from the PM+SMC co-digester was bigger than the others. By application of the bio-slurries into the fishpond, the growing weight of the fish was not significantly different from the treatment of PM, of PM+WH, and of PM+SMC. In the study, a new HDPE digester was developed and worked considerably well in the treatment of pig manure at the farming household. The testing results showed that this HDPE digester can make a relatively efficient treatment and produce biogas with significantly good quality. The gas pressure produced by the new design is high enough for cooking as well as for lighting purpose. More importantly, the new model has been designed for a more reasonable and affordable investment cost. Based on the positive results of the study, WH and SMC are highly recommended as additional materials potentially applicable for biogas plants in the MD. Farmers now have alternative models of biogas plants as well as choices of additional materials for their biogas plants. They can confidently invest in the installation of a biogas plant with little fear of the shortage of pig manure and with reasonable investment cost. Additionally, the bio-slurry of the co-digesters could be applied positively to vegetable planting and fishery, helping farmers generate more income and being engaged in sustainable farming. Zusammenfassung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------v Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Nutzung von Biogasanlagen zur Verwertung von tierischen und landwirtschaftlichen Abfällen im Mekong-Delta (MD) in Vietnam. Als größte "Reisschüssel" des Landes werden im MD mehr als 50% der agrarwirtschaftlichen Erzeugnisse produziert, über 20% werden dabei von der stetig wachsenden Viehwirtschaft eingenommen. Die zunehmende Viehhaltung im MD trägt jedoch auch zu ökologischen Problemen in der Region bei, insbesondere die Einleitung von tierischen Abfällen und Abwässern in offene Gewässer und die Kanalsysteme ist als problematisch einzustufen. Gerade in den ländlichen Gebieten des MD, in denen das Wasser aus dem Kanalsystem direkt zur Wasserversorgung der örtlichen Gemeinden genutzt wird, sind die Umweltprobleme durch die Viehhaltung gravierend. Die Biogas-Technologie wurde bereits in den 1980er Jahren als eine umweltfreundliche Behandlung von tierischen und menschlichen Abfällen im MD eingeführt. Dennoch ist die Zahl der bereits errichteten Biogasanlagen im Vergleich zu dem tatsächlichen Bedarf zur Behandlung der vorhandenen viehwirtschaftlichen Abfallprodukte in der Region begrenzt. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, geeignete Lösungen und Anwendungsmöglichkeiten für Biogasanlagen zu finden, die eine Verbreitung im MD ermöglichen und dabei die sanitären Verhältnisse in den Gemeinden vor Ort verbessern. Als Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine Befragung von 110 Landwirten in den drei Provinzen des MD durchgeführt. Die befragten Landwirte wurden in folgende Kategorien eingeteilt: Biogas nutzende Haushalte, Haushalte ohne Biogasnutzung und Biogasanlagenbauer. Die Interviews mit den drei Gruppen von Landwirten lieferten umfangreiche und tiefgreifende Informationen zur tatsächlichen Nutzung von Biogas und dem benötigten Bedarf an Biogasanlagen im MD. Demzufolge hat ein Großteil der örtlichen Bevölkerung die bedeutenden Vorteile der Biogasnutzung erkannt. Dem Bau von weiteren Biogasanlagen stehen aber eine Vielzahl an Hindernissen, wie z.B. die zu hohen Investitionskosten, der Mangel an geeignetem Substrat oder die begrenzten Möglichkeiten der Nutzung von Gärresten, die beim Betrieb von Biogasanlagen anfallen, gegenüber. Bei dem Bestreben möglichst lokal verfügbare Materialien als Substrate für die Biogasanlagen zu verwenden, wurden für die durchzuführenden Versuche aufgrund ihrer hohen Biogaspotenziale und ihrer regionalen Verfügbarkeit Schweinegülle (PM), Wasserhyazinthe (WH) und Pilzkompost (SMC) ausgewählt. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die Co-Vergärung von PM entweder mit WH oder mit SMC als Zuschlagstoffe gute Ergebnisse in der Qualität und der Quantität des produzierten Biogases ergeben. Dies wird auch durch die Resultate der Co-Vergärung von PM und WH in den Batch-Ansätzen bestätigt, je höher der Prozentsatz von WH am Mischungsverhältnis, desto Zusammenfassung --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------vi mehr Biogas wird produziert. Bei dem erzeugten Biogas der Mischungsverhältnisse 100%PM+0%SMC, 75%PM+25%SMC, 50% PM+50%SMC und 25%PM+75%SMC kann kein signifikanter Unterschied abgeleitet werden. In allen Versuchsvarianten war das produzierte Biogas von guter Qualität und wies einem Methangehalt von bis zu 60 Vol.-% auf. Bei den semi-kontinuierlichen Versuchsreihen mit Mischungsverhältnissen von 75%PM+25%WH und 75%PM+25%SMC konnte in einem Zeitraum von 90 Tagen ein stabiler Betrieb der Versuchsanlagen ohne Verblockungen durch die Substrate gewährleistet werden, obwohl die Substrate nicht vorab gemischt wurden. Zusätzlich zu dem hohen Biogaspotential von WH und SMC haben die ausgewählten Zuschlagstoffe auch als Gärsubstrate nach der Co-Vergärung einen positiven Effekt auf den landwirtschaftlichen Anbau und die Aquakultur. Während der Wachstumsuntersuchungen der braunen Senfpflanze (Brassica juncea) mit den unterschiedlichen Gärsubstraten aus der Co-Vergärung (Biogasanlagebeschickung nur mit PM, mit PM+WH und PM+SMC) konnte im Vergleich zu Mineraldüngemitte