luận văn tài nguyên môi trường Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng biogas tại xã Xuân Quan huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên.

Hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas ở xã xã Xuân Quan huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên...25 2.3 THỰC TRẠNG CÁC CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH KHUYẾN KHÍCH SỬ DỤNG BIOGAS TẠI XÃ XUÂN QUAN...27 CHƯƠNGIII

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS – KHÍ SINH HỌC 2

1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS 3

1.1.1 Khái niệm về biogas 3

1.1.2 Thành phần và nguyên liệu để sản xuất biogas 3

1.1.1.1 Thành phần 3

1.1.1.2 Nguyên liệu 4

1.1.3 Bản chất của phương pháp kỵ khí và cơ chế tạo thành khí metan .4

1.1.3.1 Bản chất của phương pháp kỵ khí 4

1.1.3.2 Cơ chế của sự tạo thành khí metan 5

1.1.4 Lợi ích của biogas 5

1.1.5 Tiềm năng sản xuất biogas - khí sinh học ở Việt Nam 8

1.1.6 Công nghệ biogas ở Việt Nam hiện nay 9

1.1.6.1 Hầm ủ nắp vòm cố định 11

1.1.6.2 Hầm ủ nắp trôi nổi 14

1.1.6.3 Túi biogas bằng nylon polyethylene (PE) 14

1.1.6.4 Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE 14

1.2 KINH NGHIỆM SỬ DỤNG KHÍ SINH HỌC BIOGAS TẠI VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI 15

1.2.1 Kinh nghiệm sử dụng khí sinh học biogas tại Việt Nam 15

1.2.2 Kinh nghiệm sử dụng khí sinh học biogas trên thế giới 17

CHƯƠNG II TIỀM NĂNG VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS Ở XUÂN QUAN HUYỆN VĂN GIANG TỈNH HƯNG YÊN 18

2.1 THÔNG TIN CHUNG VỀ XÃ XUÂN QUAN 18

2.1.1 Điều kiện tự nhiên 18

2.1.2.Điều kiện kinh tế 18

2.1.3 Điều kiện xã hội 19

2.2 TIỀM NĂNG VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS Ở XÃ XUÂN QUAN HUYỆN VĂN GIANG TỈNH HƯNG YÊN 20

2.2.1 Tiềm năng khí biogas từ hoạt động chăn nuôi và sinh hoạt 20

2.2.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas ở xã xã Xuân Quan huyện Văn Giang tỉnh Hưng Yên 25

2.3 THỰC TRẠNG CÁC CƠ CHẾ CHÍNH SÁCH KHUYẾN KHÍCH SỬ DỤNG BIOGAS TẠI XÃ XUÂN QUAN 27

CHƯƠNGIII: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI VÀ MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH HỌC BIOGAS TẠI XÃ XUÂN QUAN HUYỆN VĂN GIANG TỈNH HƯNG YÊN 28

3.1 CƠ SỞ DỮ LIỆU DÙNG CHO ĐÁNH GIÁ – PHÂN TÍCH 28

3.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 28

3.3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XÃ HỘI VÀ MÔI TRƯỜNG 29

3.4.1 Đánh giá hiệu quả xã hội 29

3.4.1 Đánh giá hiệu quả môi trường 30

3.4 MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG TÍNH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS 31

KẾT LUẬN 33

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Tiềm năng sản xuất khí sinh học sau năm 2010 8

Bảng 2.1 Thống kê số lượng đàn gia súc, gia cầm năm 2013 20

Bảng 2.2 Thống kê dân số toàn xã năm 2013 21

Bảng 2.3 Hệ số tính toán lượng phân tươi và lượng khí thu được từ 1 vật nuôi hoặc 1 người trong 1 ngày 22

Bảng 2.4 Tiềm năng lý thuyết về sản lượng khí biogas do chất thải của người và gia súc sinh ra ( 1000m 3 khí/năm) 22

Bảng 2.3: Tiềm năng kỹ thuật về sản lượng khí biogas do chất thải của người và gia súc sinh ra (1000m 3 khí/năm) 23

Bảng 2.4: Quy đổi năng lượng biogas ra Gcal, GJ, TOE, TCE, tấn củi 24

Bảng 3.1 Tình hình sử dụng năng lượng của 10 hộ gia đình trong 2 thôn 4 và7 29

Bảng 3.3 Tổng lượng phân tươi của vật nuôi thải ra trên địa bàn xã Xuân Quan 30

Biểu đồ 2.1: Tiềm năng lý thuyết năng lượng Biogas cho Người, Lợn, Trâu, Bò, Gia Cầm 23

Biểu đồ 2.2: Tiềm năng kỹ thuật năng lượng Biogas cho Người, Lợn, Trâu,Bò, Gia cầm 23

Hình 1.1: Loại hầm sinh khí kiểu túi 10

Hình1.2: Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động 11

Hình1.3: Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định 11

Hình 1.4: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.1 12

Hình 1.5: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.2 12

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài: Ngày nay, tại các vùng nông thôn Việt Nam, chănnuôi ngày càng mang lại nguồn thu nhập lớn đối với người nông dân Tuynhiên, kéo theo đó là vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi vàsinh hoạt ngày càng trở nên nghiêm trọng Chính vì vậy việc giải quyết chấtthải chăn nuôi và sinh hoạt tại các vùng nông thông Việt Nam ngày càng cấpbách và việc sử dụng biogas là một giải pháp cho vấn đề này Biogas vừa tậndụng nguồn nguyên liệu tại chỗ đồng thời cung cấp năng lượng rất cần thiếtcho sinh hoạt mà vẫn bảo vệ được môi trường Chính vì vậy em đã chọn đềtài:” Đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng biogas tại xã Xuân Quan huyệnVăn Giang tỉnh Hưng Yên”

3 Phương pháp nghiên cứu:

Thông qua điều tra thực tế, phân tích số liệu để đánh giá về hiệu quả vềkinh tế, xã hội và môi trường mà mô hình sử dụng khí sinh học mang lại

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG

BIOGAS – KHÍ SINH HỌC

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ nhữngnguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn

Việt Nam là một nước có tiềm năng lớn về các nguồn năng lượng tái tạo,nhưng lại chưa tận dụng một cách triệt để nguồn năng lượng này

Nhằm đáp ứng mục tiêu tăng trưởng và đảm bảo nhu cầu an ninh nănglượng, Việt Nam cần xây dựng chiến lược và lộ trình phát triển các nguồnnăng lượng mới và tái tạo Ưu tiên phát triển thuỷ điện nhỏ, điện gió, sử dụngcác phụ phẩm nông nghiệp, rác thải để phát điện, sử dụng năng lượng mặt trời

để cấp nhiệt, sấy nông sản, lọc nước sạch, phát triển các hầm khí sinh học đểđun nấu trong nông thôn, góp phần vào mục tiêu giảm phát thải hiệu ứng nhàkính, ứng phó tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu Đồng thời tìm kiếm, xácđịnh các dự án có thể triển khai ở Việt Nam, xác định cơ chế tài chính, chínhsách hỗ trợ, đảm bảo cho các hoạt động khai thác, sử dụng các nguồn nănglượng mới và tái tạo ở Việt Nam

Tại Hội thảo "Phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam và vai trò của các

tổ chức phi chính phủ" diễn ra ở Hà Nội mới đây, ông Nguyễn Anh Tuấn,Trưởng phòng Hợp tác quốc tế (Viện Năng lượng) cho biết: Hiện, nhu cầu vềnăng lượng của Việt Nam đang tăng từ 13-15%/năm, dự báo đến năm 2030,tổng nhu cầu dự kiến lên tới khoảng 167 triệu tấn dầu quy chuẩn, trong khi

đó, khả năng cung cấp của nước ta dự kiến tối đa chỉ đạt 96-121 triệu tấn(năng lượng từ than khoảng 50-62 triệu tấn dầu quy chuẩn; dầu từ 20 -22 triệutấn; gió 22 tỷ kWh, tương đương 2 triệu tấn dầu; thủy điện nhỏ 9-20 triệutấn)."Do đó, chúng ta cần tích cực đẩy mạnh nghiên cứu những nguồn nănglượng mới để bổ sung Hiện, nước ta mới khai thác được khoảng 55MW từnăng lượng gió, trong khi tiềm năng tới 3.000-6.000MW; năng lượng mặt trờicũng đang được sử dụng nhưng không đáng kể, duy chỉ có năng lượng từbiogas và thủy điện nhỏ là đã được sử dụng tương đối tốt", ông Tuấn cho biết

Tại hội thảo, nhiều ý kiến cho rằng, trong bối cảnh chúng ta vừa thực hiện tiếtkiệm năng lượng, vừa phát triển nguồn năng lượng tái tạo thì mô hình biogas

tỏ ra có nhiều ưu điểm bởi có thiết kế đơn giản, dễ vận hành, vừa góp phần xửlý hiệu quả tình trạng ô nhiễm môi trường, vừa tạo ra nguồn năng lượng dồidào Dự báo, nhu cầu sử dụng biogas cho đun nấu và chiếu sáng sẽ ngày càngtăng cao ở khu vực nông thôn

Như vậy, mô hình sử dụng khí sinh học biogas thực sự đang là mộtnguồn năng lượng tái tạo rất lớn, gần gũi, dễ sử dụng đối với người dân nôngthôn mà lại giảm thiểu được ô nhiễm môi trường

1.1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS

1.1.1 Khái niệm về biogas

Biogas hay khí sinh học là sản phẩm khí sinh ra từ quá trình phân hủycủa các chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây…trongmôi trường không có oxy

Trong tự nhiên biogas sinh ra ở đầm lầy, đáy hồ ao tù đọng hay trong bộmáy tiêu hóa của động vật

1.1.2 Thành phần và nguyên liệu để sản xuất biogas

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882 kJ

- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồmphụ phẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu…và loại cây xanhhoang dại như: bèo, các cây cỏ sống ở dưới nước…Các nguyên liệu thực vật

có lớp vỏ cứng rất khó bị phân huỷ Vì vậy nguyên liệu càng già càng khóphân huỷ Để cho quá trình phân huỷ được thuận lợi, những nguyên liệu thựcvật cần được xử lý trước (chặt, băm, đạp nhỏ và ủ sơ bộ ) để phá vỡ lớp vỏcứng và tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tấn công Quá trình phân huỷ củanguyên liệu thực vật dài hơn so với phân (có thể tới hàng năm) Do vậynguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạp từng mẻ nhỏ, mỗi mẻ kéo dài

- Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại vi khuẩn metan đểchuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH4, CO2

Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt ( lênmen axit) Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nito tiếp tục phân hủy tạo thànhcác hợp chất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2 và cả CH4 ( bắt đầulên men metan) Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bịtiêu diệt Các vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh đểtạo thành CO2 và CH4 ( giai đoạn lên men metan)

1.1.3.2 Cơ chế của sự tạo thành khí metan

- Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2,H2 và các sản phẩm khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:

CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2

- Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vikhuẩn metan:

có khả năng đốt cháy sinh năng lượng

1.1.4 Lợi ích của biogas

Việc sử dụng hầm khí sinh học xử lý chất thải chăn nuôi đã góp phần rấtlớn trong việc xử lý môi trường tại chỗ ở nông thôn, hạn chế ô nhiễm khôngkhí, giữ gìn cảnh quan, nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân; tạo sự

ổn định xã hội thông qua việc giải quyết những bức xúc của người dân trongkhu vực nông thôn về vấn đề ô nhiễm do chất thải trong chăn nuôi; giúp chongười dân địa phương nâng cao năng lực, nhận thức và có ý thức thật sự quantâm đối với vấn đề chất thải nói riêng và vệ sinh môi trường nói chung Mặtkhác, cũng đã góp phần thúc đẩy chăn nuôi phát triển, mở rộng quy mô, hạnchế dịch bệnh gia súc, gia cầm, đồng thời tiết kiệm chi phí chất đốt trong sinhhoạt và thay thế một phần nguồn điện thắp sáng Hiệu quả từ việc sử dụnghầm biogas trong chăn nuôi đang là giải pháp đa tiện ích, không chỉ đem lạilợi ích trước mắt mà còn góp phần giúp ngành chăn nuôi phát triển bền vững.

Do đó, hai lĩnh vực môi trường và kinh tế có được nhiều lợi ích nhất

- Về lợi ích môi trường, khí methane sinh học (biomethane) là một loạinăng lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay Methane là khí tạo ra ảnhhưởng nhà kính gấp 21 lần khí cacbonic Nếu methane không được thu hồi từcác bãi rác, các đầm, phế thải… sẽ là một nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệuứng nhà kính nhiều nhất

Môi trường không còn mùi hôi thối, ruồi nhặng Giảm lượng khí CO2thải ra môi trường do quá trình phân hủy chất thải của động vật Theo ướctính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thểtạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thểlàm giảm 500 triệu tấn khí carbonic hàng năm

Và một lợi ích không nhỏ cho môi trường nữa là, hệ thống sinh khí sẽgiải toả được diện tích phế thải và tạo thêm nguồn thu nhập mới cho nôngdân

Ngoài ra, hầm biogas còn có thể sử dụng kết hợp làm nhà cầu vệ sinh,giúp cải thiện môi trường và văn hóa ở nông thôn văn minh hơn Biogas cũnggóp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển

- Đứng về phương diện kinh tế, biogas ngày càng tăng trưởng sẽ giúpcho nhu cầu sử dụng năng lượng trong nước ổn định hơn và dần dần thay thếmột số lượng không nhỏ các loại năng lượng hoá thạch đang dùng Kỹ thuậtsản xuất không phức tạp do đó có thể trải rộng khắp nông thôn Đặc biệt nông

dân có thể dùng biogas trong phạm vi gia đình để có được độc lập về khí đốt

và phụ phẩm của việc chuyển đổi phân chuồng thành khí sẽ là một nguồnphân bón hữu cơ rất thích hợp trong việc trồng trọt Phụ phẩm khí sinh học có

2 dạng: nước thải lỏng gồm các chất hòa tan, lơ lửng dùng để bón thúc và phụphẩm đặc là phần lắng đọng ở đáy thiết bị khí sinh học chủ yếu dùng để bónlót

Mỗi năm chỉ tính riêng cho việc sử dụng khí đốt biogas và điện thắpsáng, mỗi hộ gia đình nông thôn chỉ cần nuôi thường xuyên với qui mô 10 ÷

15 con lợn (heo) thịt là có đủ lượng nguyên liệu để cung cấp khí gas sử dụngđun nấu và thắp sáng thoải mái Có thể lắp thêm các thiết bị phụ khác để sửdụng hết hiệu suất sinh khí như: Đèn thắp sáng, bình nóng lạnh dùng khíbiogas, đèn sưởi ấm cho lợn, máy phát điện dùng gas … Với cùng hiệu suất

sử dụng có giá thành rẻ hơn, an toàn hơn, bền hơn, lượng khí nhiều hơn Sửdụng chung với bể tự hoại gia đình Không chỉ tiết kiệm được tiền điện đểđun nấu, việc lấy nước tưới chảy ra từ hầm Biogas để tưới cho cây trồng cũngtiết kiệm được số tiền mua phân bón Dùng biogas để chạy máy phát điện,mỗi tháng có thể tiết kiệm được 7- 8 triệu tiền điện sinh hoạt cho cả trang trại,tận dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt hàng ngày, thậm chí còn dư thừa nữa.Theo GS, TSKH Bùi Văn Ga, Thứ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo, chủnhiệm đề tài ứng dụng biogas để chạy động cơ diesel và sản xuất điện năng,năng lượng tối đa của biogas gấp 20 lần so với thủy điện “Theo tính toán củachúng tôi khi sản xuất 1kw điện bằng biogas sẽ tiết kiệm được 0,4 lít xăngdầu và giảm được 1kg CO2 Vì vậy, sau khi Dự án sản xuất điện năng qui mônhỏ bằng biogas hoàn thành sẽ góp phần tiết kiệm được 6.000 lít xăng dầu/ngày, giảm phát thải 15 tấn CO2/ngày”

1.1.5 Tiềm năng sản xuất biogas - khí sinh học ở Việt Nam

Bảng 1.1: Tiềm năng sản xuất khí sinh học sau năm 2010

Nguyên liệu

Tiềm năng (triệu tấn/năm)

Tốc độ sản sinh khí sinh học (m 3 /tấn)

Sản lượng khí sinh học (triệu

m 3 /năm)

Sản lượng khí sinh học (kTOE/năm)

( Nguồn: Viện Năng Lượng)

Chất thải chăn nuôi, rác thải đô thị và một số loại phế thải nông nghiệp

có thể sử dụng để sản xuất khí sinh học Tổng sản lượng khí sinh học sẽ là6.658 triệu m3/năm, trong đó 3.408 triệu m3/năm (51,2%) được sản xuất từchất thải chăn nuôi, 2.960 triệu m3/năm (44,5%) từ phế thải nông nghiệp và

290 triệu m3/năm (4,3%) từ rác thải đô thị.

Nguồn khí sinh học (biogas) từ bãi rác chôn lấp, phân động vật,phụ phẩm nông nghiệp hiện mới chỉ được ứng dụng trong đun nấu, do đây lànguồn năng lượng phân tán, khó sản xuất điện Ước tính, cả nước có khoảng35.000 hầm khí biogas phục vụ đun nấu gia đình với sản lượng 500-1.000 m3khí/năm cho mỗi hầm Hiện tại, đang có một số thử nghiệm dùng biogas đểphát điện

Năng lượng khí sinh học – biogas chưa đóng góp được nhiều cho nhucầu năng lượng của nước ta Tuy nhiên chúng ta cũng cần triển khai nhữnghầm ủ khí sinh học vì công nghệ đó đơn giản và góp phần hữu hiệu trong việcgiải quyết vấn đề ô nhiễm rác và những chất thải nông nghiệp và công nghiệpthực phẩm gây ra

1.1.6 Công nghệ biogas ở Việt Nam hiện nay

Qua tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng Biogas trên thế giớitrong những năm qua, hiện trạng các hệ thống công nghệ năng lượng Biogastrên thế giới cũng như ở Việt Nam được phát triển theo mô hình VACB và ba

xu hướng phát triển công nghệ năng lượng Biogas chính như sau:

1 Xu hướng thứ nhất ở các nước công nghiệp phát triển phần lớn các cơ

sở sản xuất khí sinh học triển khai trên quy mô công nghiệp (ở các nhà máysản xuất khí sinh học cỡ lớn) Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là chấtthải của các thành phố, các khu công nghiệp và cả các phế liệu nông nghiệp.Khí sinh học từ các nhà máy này được sử dụng làm nguyên liệu cung cấp chocác nhà máy hóa chất, hoặc được sử dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt

2 Xu hướng thứ hai phát triển trên quy mô bán công nhiệp (ở những bểsản xuất khí sinh học cỡ vừa) Các bể này phần lớn sử dụng các chất thải củacác xí nghiệp thực phẩm làm nguyên liệu Khí sản xuất ra được dùng trực tiếp

để cung cấp năng lượng điện (cho các động cơ đốt trong), làm chất đốt sinhhoạt, chế biến nông sản, làm nhiên liệu chạy các động cơ máy nông nghiệp.Đại diện cho xu hướng này là Ấn Độ và một số nước Châu Á

3 Xu hướng thứ ba phát triển trên quy mô các bể phân hủy cỡ nhỏ, phục

vụ nhu cầu chất đốt sinh hoạt và thắp sáng trong phạm vi từ 1 đến 3 gia đình.Trong đó, ở Việt Nam hiện trạng công nghệ biogas đang ứng dụng mạnhtheo xu hướng thứ 2 và thứ 3 Trong đó xu hướng thứ 3 hiện đang phát triểnphổ biến và đã đem lại những hiệu quả nhất định trong những năm qua.

Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khốithành khí sinh học Một trong các yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khísinh học là phải kín để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo

ra metan

Từ khi bắt đầu tìm ra khí sinh học đưa vào ứng dụng cho tới nay các môhình biogas đã không ngừng thay đổi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng nănglượng biogas đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng, và cải tiến Hiệnnay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang sử dụng các loại hầm sinh khí có

nắp đậy di động, loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định và loại hầm sinh khí

kiểu túi đều có cấu tạo gồm các thành phần chính là:

- Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu đảm bảo những điều kiện thuậnlợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí sinh ra Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị

- Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ởđây Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín khí

- Lối vào: Là nơi nạp nguyên liệu bổ sung vào bộ phận phân hủy

- Lối ra: Nguyên liệu sau khi phân huỷ được lấy ra qua đây để nhườngchỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào

- Lối lấy khí: khí được trích từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khínày

Hình 1.1: Loại hầm sinh khí kiểu túi

Hình1.2: Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động

Hình

khí kiểu vòm cố định 1.1.6.1 Hầm ủ nắp vòm cố định

Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân

Do đó, thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này Hầm ủ có dạngbán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt

độ Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí Ởphần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp chothao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm Loại hầm ủ này rấtphổ biến ở Trung Quốc, nhưng có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xâydựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm ủ thấp

Hiện nay, Viện năng lượng và trường Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu và

thiết kế công trình xây dựng theo kiểu vòm cầu Hầm nắp cố định vòm cầuKT.1 và KT.2 là 2 thiết kế mẫu được xây dựng theo tiêu chuẩn ngành do BộNông nghiệp & PTNT ban hành

Hình 1.4: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.1

Kiểu KT.1 được thiết kế trên cơ sở kiểu thiết bị nắp cố định vòm cầu doViện Năng lượng nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm từ 1984 trong khuôn khổmột đề tài nghiên cứu cấp nhà nước đã được giám định năm 1990 và tiếp tụccải tiến cho đến nay Kiểu KT.1 được áp dụng trong trường hợp có nền đấttốt, có thể đào sâu được, diện tích mặt bằng hẹp

Kiểu KT.2 được thiết kế trên cơ sở kiểu TG – BP được phổ biến ở TháiLan trong khuôn khổ dự án hợp tác giữa Thái Lan và Đức và được Đại họcCần Thơ ứng dụng ở phía nam trong nhiều năm nay Kiểu KT.2 thì ngược lại,

nó được áp dụng cho những địa bàn có nền đất yếu, nước ngầm nhiều, khóđào sâu, diện tích mặt bằng rộng

Hình 1.5: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.2

Ưu điểm

- Tiết kiệm vật liệu xây dựng so với hình hộp có cùng một thể tích vì nó

có diện tích bề mặt nhỏ hơn.

- Tiết kiệm diện tích vì sau khi xây dựng lấp đất có thể trồng rau hoặclàm chuồng trại trên đó

- Không có góc cạnh nên dễ xử lý kín nước, kín khí

- Lực tác động lên mọi điểm trên vòm bể là như nhau nên ít khi xảy ranứt công trình khi đi vào sử dụng

- Sinh khí tốt vì mọi nơi trong hầm đều tham gia tạo khí

- Ít tạo váng trên bề mặt nguyên liệu

- Có bản vẽ thiết kế chính xác

Nhược điểm

- Kiểu mới lạ, thiết kế phức tạp nên khi thi công đòi hỏi thợ xây phảiđược đào tạo

- Giá thành cao ( 7 – 15 triệu đồng/hầm), tuỳ theo kích cỡ

Nguyên lý hoạt động của hầm khí sinh học nắp cố định

- Giai đoạn 1: Giai đoạn tích trữ khí

Ở trạng thái ban đầu chưa có khí, bề mặt dịch phân hủy ngang bằng vớiđáy bể điều áp (đây được gọi là mức số không) Khi khí sinh ra tích lại trên bềmặt dịch phân hủy, lượng khí càng ngày càng nhiều đẩy dịch phân hủy tràn rangoài và được tích lại ở bể điều áp Bề mặt dịch phân hủy ở bể phân hủy hạdần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân hủy ở bể điều áp dâng dần lên Độchênh giữa 2 bề mặt này thể hiện áp suất khí Khí càng sinh ra nhiều thì ápsuất càng tăng Cuối cùng mực chất lỏng ở bể điều áp dâng lên tới mức caonhất là mức xả tràn và mực chất lỏng trong bể phân hủy hạ xuống mức thấpnhất Lúc này áp suất khí đạt giá trị lớn nhất ( P = P max)

- Giai đoạn 2: Giai đoạn xả khí

Khi lấy khí ra sử dụng, chất lỏng từ bể điều áp lại dồn về bể phân hủy

Bề mặt dịch phân hủy ở bể điều áp hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phânhủy ở bể phân hủy nâng dần lên Độ chênh giữa hai bề mặt này giảm dần và

do đó áp suất khí cũng giảm dần Cuối cùng khi độ chênh giữa 2 bề mặt dịchphân hủy bằng không, thiết bị trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt

động, áp suất khí bằng 0 ( P = 0) và dòng khí chảy ra nơi sử dụng ngừng lại.

1.1.6.2 Hầm ủ nắp trôi nổi

Loại hầm này rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC ( được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission) Gồm có mộtphần hầm hình trụ xây bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứakhí trôi nổi trên mặt của hầm ủ Chuông chứa khí thường được làm bằng théptấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh

bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo)

- Áp suất gas thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu đểkhắc phục nhược điểm này người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầmủ

1.1.6.3 Túi biogas bằng nylon polyethylene (PE)

Ưu điểm

- Đơn giản trong lắp đặt

- Vận hành đơn giản

- Sửa chữa dễ dàng, không cần tay nghề cao

- Giá thành thấp ( trên dưới 2 triệu đồng/túi)

Nhược điểm

- Phải tránh nắng và tác động cơ học làm rách

1.1.6.4 Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE

Các công nghệ biogas đã nêu chỉ thích hợp cho các cơ sở sản xuất, chănnuôi nhỏ và vừa với số lượng chất thải ít Ở các cơ sở sản xuất lớn, chăn nuôitập trung công nghiệp quanh thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phụ cận đã

sử dụng túi nhựa dẻo như HDPE làm bạt phủ để thu biogas và xử lý chất thảilàm giảm ô nhiễm môi trường Kết quả đã cho thấy thành công cao và cónhiều triển vọng cho các trang trại với số đầu gia súc lớn có hàng ngàn giasúc, các nhà máy chế biến có lượng nước thải hàng ngàn khối Loại nhựa này

có tuổi thọ và độ bền cao (10-15 năm) Tuy đầu tư tốn kém, nhưng giá thànhtính trên đơn vị thể tích hố ga lại rất rẻ

Ưu điểm

- Vận hành đơn giản

- Bảo trì dễ

- Dễ thay thế, sửa chữa

- Cung cấp lượng gas lớn cho vận hành máy phát điện

Nhược điểm

- Đầu tư lớn

- Hiệu suất sinh gas kém

Xã Xuân Quan thuộc địa phận tỉnh Hưng Yên nằm trên nền đất phù sađược bồi tụ lâu năm, nền đất tốt, dân số khá đông, việc chăn nuôi chủ yếu làtheo hộ gia đình với quy mô từ khoảng 15 đến 30 con heo nên khi áp dụng môhình bề khí sinh học biogas thì rất phù hợp với loại hầm nắp cố định vòm kiểuKT.1 Vì có thể tiết kiệm vật liệu xây dựng so với hình hộp có cùng một thểtích vì nó có diện tích bề mặt nhỏ hơn, tiết kiệm diện tích vì sau khi xây dựnglấp đất có thể trồng rau hoặc làm chuồng trại trên đó, không có góc cạnh nên

dễ xử lý kín nước, kín khí, ít khi xảy ra nứt công trình khi đi vào sử dụng,sinh khí tốt vì mọi nơi trong hầm đều tham gia tạo khí, ít tạo váng trên bề mặtnguyên liệu, có bản vẽ thiết kế chính xác

1.2 KINH NGHIỆM SỬ DỤNG KHÍ SINH HỌC BIOGAS TẠI VIỆT NAM VÀ THẾ GIỚI.

1.2.1 Kinh nghiệm sử dụng khí sinh học biogas tại Việt Nam

Có hai xu hướng chính sản xuất ứng dụng biogas tại Việt Nam: (i) sửdụng biogas phục vụ đun nấu và phát điện cho chiếu sáng ở quy mô hộ giađình và (ii) sử dụng biogas cho phát điện và làm nhiên liệu/sưởi ở một quy

mô lớn hơn (quy mô công nghiệp).

Ở quy mô hộ gia đình, hiện nay có khoảng 500.000 hầm phân hủybiogas Tuy nhiên hầu hết các hầm này đều có quy mô nhỏ (dưới 10m3) đượcxây dựng bởi các hộ gia đình Riêng chương trình Khí sinh học cho ngànhchăn nuôi Việt Nam, do chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xâyđược 15.678 hầm quy mô nhỏ Mặc dù không có con số chính thức, nhưngngười ta ước tính rằng có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tíchkhoàng 100 – 200m3, trong số đó hầu hết đều được khai thác bởi các trangtrại nuôi lợn Hiện nay có khoảng 17.000 trang trại lợn (với hơn 500 con lợnmỗi trang trại), và dưới 0,3% trong số đó có hầm biogas Do việc thi hành luật

vệ sinh môi trường nghiêm ngặt hơn, nhiều trang trại trong số này sẽ cần đếncác hầm phân hủy biogas tại chỗ trong tương lai

Xét về mặt công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định.Đối với các hầm ủ trung bình và lớn hơn, phổ biến nhất là các hồ kỵ khí phủbạt có thể tích nằm trong khoảng 300 – 190.000 m3 Các hồ phủ bạt kỵ khínày thường được sử dụng bởi các trang trại lớn, các nhà máy công nghiệphoặc các khu chứa rác thải đô thị

Ở quy mô lớn hơn (quy mô công nghiệp), người ta ước tính rằng có hàngchục nhà máy sản xuất biogas trên khắp Việt Nam Mục đích chính của sảnxuất biogas là phát điện phục vụ cho tự dùng của nhà máy hoặc để sấy sảnphẩm (mục đích sử dụng nhiệt) Cho đến nay, vẫn chưa có nhà máy sản xuấtbiogas nào được nối lưới vào lưới điện quốc gia

Vĩnh Phúc là xã dẫn đầu huyện Vĩnh Lộc về phát triển chăn nuôi lợnngoại với 25 trang trại đạt tiêu chí theo Thông tư số 27 của Bộ Nông nghiệp

và Phát triển nông thôn và 15 gia trại chăn nuôi tập trung theo quy hoạch,cách xa khu dân cư Ông Lê Minh Thành, ở thôn Đồng Minh, xã Vĩnh Phúc,cho biết: trước đây toàn bộ chất thải chăn nuôi không qua xử lý đều được xảthẳng ra vườn gây mất vệ sinh và gây ô nhiễm môi trường Từ ngày xây đượchầm biogas, nguồn chất đốt của gia đình lúc nào cũng dồi dào không lo bịthiếu nữa Mỗi tháng, gia đình tiết kiệm được từ 250.000 đến 500.000 đồngtiền điện, nhờ sử dụng gas đun nấu và các bếp sưởi bằng biogas cho lợn con