Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã tri phương, huyện tiên du, tỉnh bắc ninh

Riêng về các biện pháp kỹ thuật, trong những năm gần đây công nghệ khí sinh học Biogas đã được đề xuất, ứng dụng nhằm xử lý chất thải chăn nuôi, tạo khí đốt phục vụ nhu cầu tiêu thụ năng

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài: “Khảo sát hiện trạng xây dựng và

sử dụng hầm ủ Biogas tại xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh” Ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của cô giáo Th.S Lưu Thị Uyên và sự giúp đỡ của các cán bộ xã Tri Phương

Tới nay, khóa luận của em đã được hoàn thành Em xin chân thành cảm

ơn cô giáo Th.S Lưu Thị Uyên đã giúp đỡ em rất tận tình và chu đáo về chuyên môn trong quá trình thực hiện đề tài Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ xã Tri Phương đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành khóa luận này

Em kính chúc các thầy cô luôn luôn mạnh khỏe và hạnh phúc

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2013

Sinh Viên

Nguyễn Thị Hà

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận tốt nghiệp này của em được hoàn thành dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Th.S Lưu Thị Uyên cùng với sự cố gắng của bản thân

Trong quá trình nghiên cứu, em đã tham khảo và kế thừa những thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu với sự trân trọng

và lòng biết ơn

Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và không có sự trùng lặp với kết quả của các tác giả khác

Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2013

Sinh Viên

Nguyễn Thị Hà

MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

PHẦN 2 NỘI DUNG 3

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS 3

1.1.1 Nguồn nguyên liệu thô để sản xuất biogas 3

1.1.2 Nguyên lý của quá trình chuyển hóa 5

1.1.3 Thành phần, tính chất biogas 6

1.1.4 Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học 6

1.1.5 Lợi ích của công nghệ biogas 9

1.2 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOGAS Ở VIỆT NAM 10

1.2.1 Lịch sử quá trình hình thành và phát triển công nghiệp biogas 10

1.2.2 Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam 11

1.2 3 Tiêu chuẩn kỹ thuật về hầm ủ biogas tại Việt Nam 17

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 19

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19

2.2.1 Phương pháp điều tra bằng câu hỏi 19

2.2.2 Phương pháp phỏng vấn, tham khảo ý kiến 20

2.2.3 Phương pháp thu thập số liệu 20

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 21

3.1 TỔNG QUAN VỀ XÃ TRI PHƯƠNG, HUYỆN TIÊN DU, TỈNH BẮC NINH 21

3.1.1 Điều kiện tự nhiên 21

3.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 22

3.1.3 Sản xuất nông nghiệp 23

3.2 CHẤT THẢI CHĂN NUÔI VÀ CÔNG NGHỆ BIOGAS TẠI TRI PHƯƠNG 25

3.2.1 Xử lí chất thải chăn nuôi tại Tri Phương 25

3.2.2 Các hoạt động tăng cường ứng dụng công nghệ biogas tại Tri Phương 27

3.2.3 Thực trạng áp dụng công nghệ hầm khí biogas tại Tri Phương 27

3.2.3.1 Số lượng công trình đã xây dựng và sử dụng 27

3.2.3.2 Lý do người dân lắp đặt hầm biogas 28

3.2.3.3 Đặc điểm hầm biogas tại Tri Phương 29

3.2.3.4 Các loại hình sử dụng biogas trong hộ gia đình tại Tri Phương 31

3.2.3.5 Ý kiến về công trình hầm biogas của các hộ gia đình 32

3.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ BIOGAS 33

3.3.1 Mối liên quan giữa công nghệ biogas với ngành chăn nuôi 33

3.3.2 Yếu tố kinh tế 33

3.3.3 Yếu tố kỹ thuật 34

3.4 GIẢI PHÁP PHÁT TRIỂN BIOGAS TẠI TRI PHƯƠNG 34

3.4.1 Giải pháp chung 34

3.4.2 Giảp pháp cụ thể 34

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 36

4.1 KẾT LUẬN 36

4.2 KIẾN NGHỊ 37

4.2.1 Đối với Nhà nước 37

4.2.2 Đối với chính quyền các cấp huyện, xã 37

4.2.3 Đối với người nông dân 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHỤ LỤC 1 BẢNG CÂU HỎI KHẢO SÁT 40

PHỤ LỤC 2 MỘT SỐ MẪU HẦM BIOGAS 43

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật 4

Bảng 2: Khả năng sinh khí của một số loại chất thải 5

Bảng 3: Thống kê số phiếu phát ra ở các địa bàn khảo sát 19

Bảng 4: Tình hình sử dụng đất ở xã Tri Phương 2012 21

Bảng 5: Tình hình kinh tế, xã hội của xã Tri Phương 2012 22

Bảng 6: Cơ cấu đàn gia súc, gia cầm của xã Tri Phương qua các năm (2009 - 2013) 24

Bảng 7: Xử lí chất thải chăn nuôi tại các nông hộ 25

Bảng 8: Số lượng hầm biogas đã được xây dựng tại xã Tri Phương 28

Bảng 9: Đặc điểm các loại hầm biogas ở xã Tri phương 29

Bảng 10: Các loại hình sử dụng biogas trong hộ gia đình tại Tri Phương 31

Bảng 11: Ý kiến về công nghệ biogas của các hộ gia đình 32

MỘT SỐ KIẾU HẦM BIOGAS Hình 1: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1 12

Hình 2: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2 12

Hình 3: Mô hình hầm biogas hộ gia đình 13

Hình 4: Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc 15

Hình 5: Túi biogas bằng plastic 16

QĐ - BNN Quyết định - bộ nông nghiệp

KHCNVN Khoa học công nghệ Việt Nam

NN & PTNN Nông nghiệp & phát triển nông thôn

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là nước nông nghiệp với khoảng 73% dân số sống ở vùng nông thôn, phát triển kinh tế nông nghiệp và nông thôn là một trong những mục tiêu được Đảng và Nhà nước hết sức chú trọng, trong đó có phát triển kinh tế hộ gia đình thông qua các hoạt động phát triển chăn nuôi Những năm qua, chăn nuôi có sự tăng trưởng nhanh cả về quy mô và giá trị Tuy vậy, tại một số địa phương do chăn nuôi thiếu quy hoạch đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường trầm trọng Nếu không được xử lý triệt để, các chất thải chăn nuôi

là một trong những nguồn gây ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khoẻ của cộng đồng dân cư [ 5]

Theo tính toán của các chuyên gia, hàng năm tổng đàn gia súc, gia cầm của nước ta thải vào môi trường khoảng 84-85 triệu tấn chất thải rắn Đây là một trong các nguồn chất thải lớn có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường ở nông thôn Bên cạnh đó, một khối lượng lớn chất thải sinh hoạt, chất thải làng nghề, chất thải nông nghiệp khác được thải ra môi trường [5]

Việc quản lý chất thải từ gia súc cần một giải pháp tổng hợp (kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế) Riêng về các biện pháp kỹ thuật, trong những năm gần đây công nghệ khí sinh học Biogas đã được đề xuất, ứng dụng nhằm xử lý chất thải chăn nuôi, tạo khí đốt phục vụ nhu cầu tiêu thụ năng lượng và bảo vệ môi trường Xây dựng hệ thống biogas được đánh giá là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt và hiệu quả nhất, ở các vùng nông thôn nước ta nông dân bước đầu đã tiếp cận và vận dụng mô hình công nghệ đa mục tiêu này

Xã Tri Phương, huyện Tiên Du là một trong những xã có đàn gia súc lớn nhất huyện với hàng chục nghìn đầu lợn và trâu bò Việc quản lý chất thải

từ chăn nuôi gia súc là vô cùng cần thiết, vừa để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường vừa tận dụng nguồn chất thải Các nhà quản lí chuyên môn và chính quyền địa phương cũng xác định xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi tốt nhất đối với Tri Phương, tuy nhiên trong quá trình triển khai xây dựng và phát triển hệ thống biogas bên cạnh những thuận lợi như sự hỗ trợ về kỹ thuật và tài chính của chính quyền địa phương, của các Dự án…còn có không ít những khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm, hiệu quả sử dụng biogas còn chưa cao [7]

Để đẩy mạnh phát triển mô hình biogas và nâng cao hiệu quả sử dụng thì những nghiên cứu về thực trạng phát triển, tình hình sử dụng và hiệu quả của mô hình này là rất cần thiết và quan trọng

Từ thực tế đó, em đã tiến hành đề tài: “Khảo sát hiện trạng xây dựng

và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh”

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Đề tài nhằm đạt được những mục tiêu sau:

- Khảo sát tình hình phát triển chăn nuôi của xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh

- Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh

- Thuận lợi và khó khăn khi xây dựng và sử dụng hầm biogas của hộ gia đình nói riêng và địa phương nói chung

- Đề xuất giải pháp nhằm đẩy mạnh tốc độ xây dựng và sử dụng hầm biogas tại địa phương

PHẦN 2 NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS

1.1.1 Nguồn nguyên liệu thô để sản xuất biogas [3],[6]

1.1.1.1 Đặc tính chung của nguyên liệu

Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật

và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí Biogas là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nitơ, hydro sunfua…

Chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo biogas Thành phần, tính chất của các loại chất thải có sự khác nhau giữa các loại gia súc Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân hủy sinh học và năng suất sản sinh biogas

Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng (nước tiểu của động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ… đặc tính và tỷ lệ tương ứng các thành phần này thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào loại động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại…

Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp Ấn Độ, Napal, Việt Nam… khối lượng phát sinh và thành phần, tính chất của các loại chất thải được ước tính như sau:

Bảng 1: Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật

Khối lượng chất thải phát sinh (kg/ngày/1 con)

Khối lượng chất thải có khả năng thu gom (kg/ngày/1 con)

Nguồn:B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher.[3 ]

(a) Chất thải của trâu, bò

Tại Ấn Độ, hầu hết chất thải từ trâu bò được sử dụng làm biogas do thành phần này có tính đồng nhất cao, tỷ lệ C:N của chất thải ở gần mức tối

ưu (30:1), thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học Ở Ấn Độ, theo ước tính, mỗi ngày có khoảng 2 triệu tấn chất thải phát sinh chủ yếu từ trâu bò, chỉ 1 nửa khối lượng này được sử dụng để chuyển hóa thành biogas thì lượng khí sinh ra có mức năng lượng tương đương 80 triệu tấn than đá [3]

(b) Chất thải của lợn

Tỷ lệ C:N trong chất thải của lợn thấp hơn so với trâu bò, tỷ lệ này dao động trong khoảng 13-15:1 Do tỷ lệ C:N thấp nên để tăng hiệu quả của quá trình sản xuất biogas người ta thường bổ sung thêm một số thành phần khác trong nguồn nguyên liệu đầu vào của hầm ủ Thành phần hỗn hợp có thể bao gồm:

- 60% phân lợn, 20% phân người và 20% chất thải từ trồng trọt (lá cây,

cỏ cắt xén…)

- 60% phân lợn, 20% phân bò và 15% chất thải từ trồng trọt

- 63% phân lợn, 25% phân bò và 12% phân gà

(c) Chất thải từ gia cầm

Loại chất thải này có tỷ lệ C:N thấp, khoảng 15:1, do đó khi sử dụng cần bổ sung thêm các thành phần chất thải khác

1.1.1.2 Khả năng sản sinh biogas [3]

Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbohydrat, xenlulo (trừ dầu khoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas (CH4, CO2) Khả năng sinh khí đối với một số loại chất thải khác nhau được thống kê theo bảng 2

Bảng 2: Khả năng sinh khí của một số loại chất thải

Loại chất thải Khả năng sinh khí m3/kg phân

Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher

1.1.2 Nguyên lý của quá trình chuyển hóa [3],[6]

Về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một hợp chất dạng khí – khí sinh học (biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên 50% Quá trình này được gọi là quá trình lên men kỵ khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học

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 này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối…trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của vi khuẩn kỵ khí chiếm ưu thế

Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt trực tiếp trên nắp hầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào (chất thải thô và nước) Bộ phận đầu ra bao gồm bể chứa và đường ống dẫn chất thải (bùn sau khi lên men) để sử dụng làm phân bón sinh học

Nguyên tắc thành công của quá trình vận hành hệ thống biogas là duy trì điều kiện nhiệt độ và nguồn cung cấp nguyên liệu đầu vào ổn định Khi đó, mật độ vi khuẩn sẽ đảm bảo đủ để đáp ứng những điều kiện trên

1.1.3 Thành phần, tính chất biogas [3],[6]

Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng

7000C (đối với dầu DO, khoảng 3500C; đối với xăng gas và propane khoảng

500C) Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 8700C

Thành phần biogas bao gồm 50-70% CH4; 35-50%CO2, hàm lượng hơi nước khoảng 30-160 g/m3; hàm lượng H2S 4-6 g/m3

Hàm lượng khí CH4 trong biogas phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp, hàm lượng CH4 trong biogas càng cao, nhưng lưu lượng biogas sinh ra thì ngược lại Hàm lượng CH4 sinh ra đối với từng loại chất thải điển hình được liệt kê như sau:

- Chất thải của trâu, bò: 65%

- Chất thải của gia cầm: 60%

- Chất thải của heo: 67%

Giá trị năng lượng của 1 m3 biogas chứa 62% CH4 khoảng 22MJ, tương ứng với năng lượng điện khoảng 6kWh Về hệ số tỷ lượng cháy, nhu cầu không khí cho quá trình cháy khoảng 9,6 m3 không khí/m3 CH4, tức khoảng 5,75 m3 không khí/m3 biogas

1.1.4 Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học [3],[6]

Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo biogas được thực hiện bởi các nhóm VSV Các VSV này sử dụng một số enzym để làm chất xúc tác

cho phản ứng sinh học Hoạt động của các enzym này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng (hay còn gọi là điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quá trình chuyển hóa sinh học Các yếu tố hóa lý quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, tốc độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu trong hầm Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xét trên nhiều khía cạnh khác nhau được trình bày chi tiết như sau:

1.1.4.1 Nhiệt độ

Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứng sinh học, độ hòa tan của CO2 và thành phần biogas sinh ra Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc

độ sinh khí biogas sẽ cao

Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 100C Tuy nhiên, điều này hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại vi khuẩn tham gia vào quá trình chuyển hóa biogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định Ba khoảng nhiệt độ mà vi khuẩn hoạt động hiệu quả nhất là:

- T < 150C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa lạnh;

- T = 15 - 450C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình;

- T = 45 - 650C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt;

Trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ hoạt động của hai nhóm vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình (khoảng 25 - 370C) và vi khuẩn ưa nhiệt (khoảng 550C) là quan trọng vì quá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 100C

1.1.4.2 Thời gian lưu

Thời gian lưu (là khoảng thời gian lý thuyết mà một phần tử hoặc một đơn vị chất lỏng đi vào và lưu tại hầm phân hủy) Đại lượng này được tính bằng tỷ số giữa thể tích hầm phân hủy và thể tích nguyên liệu đi vào hầm trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày

T (ngày) = Thể tích hầm phân hủy (m

3

) Khối lượng nguyên liệu đầu vào (m3 / ngày)

Quá trình phân hủy hoặc lên men của chất hữu cơ dưới điều kiện kỵ khí diễn ra rất chậm, do đó những cơ chất này phải được duy trì trong hầm ủ trong thời gian dài để quá trình phân hủy diễn ra hoàn toàn Trong một số thiết kế hầm biogas, phần tế bào hoạt tính ở đầu ra được tuần hoàn lại hầm phân hủy nhằm tăng thời gian lưu của phần sinh khối này

Thời gian lưu của các nguồn cơ chất khác nhau được quyết định bởi khả năng phân hủy sinh học của chúng, khả năng thích ứng với các enzym và tính chất lý hóa của nguồn cơ chất Thời gian lưu quyết định chi phí xây dựng hầm

ủ Thời gian lưu càng cao, đồng nghĩa lượng khí sinh ra sẽ nhiều hơn nhưng điều đó sẽ làm gia tăng chi phí đầu tư ban đầu của hầm ủ Thời gian lưu ngắn

sẽ dẫn đến hiện tượng tổn thất sinh khối và gia tăng chi phí vận hành

Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ các tác nhân gây bệnh Nếu yếu tố an toàn vệ sinh và sức khỏe được xem xét đến thì các giá trị này phải lớn hơn ngưỡng giá trị nhỏ nhất

1.1.4.3 Tỷ lệ C/N

Để tạo điều kiện sinh trưởng và hoạt động tối ưu của vi khuẩn, điều cần thiết là phải cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất hóa học với nồng độ thích hợp Cacbon và nitơ (có trong protein, nitrat…) là những thành phần dinh dưỡng chính của vi khuẩn kỵ khí Nguồn C sẽ cung cấp năng lượng cho hoạt động vi khuẩn, N cần thiết cho quá trình tổng hợp tế bào Để hàm lượng N được cung cấp hợp lý, nguồn cơ chất đầu vào sẽ được xem xét đến tỷ lệ C/N Tỷ lệ C có khả năng phân hủy sinh học và lượng N có sẵn trong cơ chất khoảng 25:1 là điều kiện lý tưởng của quá trình phân hủy tạo biogas Khi tỷ lệ này bị thay đổi, hiệu quả của quá trình phân hủy sẽ bị giảm

Vì thế, mặc dù các loại chất thải hữu cơ khác nhau có tỷ lệ C:N khác nhau nhưng hỗn hợp của các nguyên liệu này trước khi vào hầm phân hủy phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng 25-30:1

1.1.4.4 Độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào

Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của vi sinh vật Hơn nữa, nước là môi trường cần thiết cho sự di chuyển của vi khuẩn, hoạt động của các enzym ngoại bào và thủy hóa các polyme sinh học, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy

Tuy nhiên việc duy trì quá nhiều nước trong hầm phân hủy sẽ làm tăng thể tích hầm và trở nên cồng kềnh Do đó, độ ẩm trong hầm phải được duy trì

ở mức tối ưu Hàm lượng độ ẩm đối với từng loại cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng Theo các nguyên cứu cho thấy, hiệu suất của quá trình phân hủy sẽ giảm khi hàm lượng chất rắn lơ lửng (TS) tăng Do đó điều quan trọng là phải xác định hàm lượng TS tối ưu cho hỗn hợp nguyên liệu đầu vào theo từng loại nguyên liệu và từng kiểu hầm ủ khác nhau Ví dụ như trường hợp nguyên liệu đầu vào là phân bò, có hàm lượng TS 18%, do đó phải hòa trộn với nước theo

tỷ lệ 1:1 về khối lượng để đảm bảo hỗn hợp thu được có nồng độ TS 9% 1.1.5 Lợi ích của công nghệ biogas [1],[2],[4]

Nước thải và chất thải trong sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt gia đình

là các hợp chất hữu cơ có phân tử lớn Trong điều kiện tự nhiên không được kiểm soát và tập trung thì quá trình này sẽ làm ô nhiễm môi trường từ đó tác động và ảnh hưởng trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của con người và các sinh vật khác Ngược lại nếu các chất thải đó được xử lý hợp lý sẽ tạo ra nguồn năng lượng tái sinh hữu ích và các chất dinh dưỡng dễ hấp thụ hơn cho cây trồng và vật nuôi, làm nguyên liệu cho chu trình sản xuất khép kín tiếp theo trong hệ kinh tế sinh thái VAC

Để tìm một giải pháp hợp lý và bền vững trong việc xử lý chất thải chăn nuôi cũng như chất thải sinh hoạt thì việc ứng dụng công nghệ Biogas là biện pháp tích cực nhất trong giai đoạn hiện nay, đối với khu vực địa bàn nông thôn nhằm giải quyết các vấn đề sau:

- Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ đời sống con người

- Giữ gìn và bảo vệ môi trường vệ sinh trong sạch trong các khu vực công đồng nông thôn qua đó góp phần giữ gìn và bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khoẻ toàn xã hội thông qua việc giảm ô nhiễm môi trường sản xuất, cung cấp sản phẩm nông nghiệp sạch

- Giảm chặt phá rừng ở các khu vực trung du miền núi Vì sử dụng Biogas sẽ giảm nhu cầu tiêu thụ gỗ, củi

- Tăng thu nhập cho các hộ gia đình thông việc giảm chi phí về nhu cầu chất đốt phục vụ sinh hoạt

- Tạo nguồn phân bón hữu cơ vi sinh, giảm bớt sử dụng phân hoá học, qua đó giảm bớt sự thoái hoá và cải thiện đất trồng, nâng cao năng suất cây trồng và nuôi cá trong hệ thống VAC gia đình

- Hỗ trợ phát triển chăn nuôi tốt hơn, tạo điều kiện nâng cao mức sống

và tiếp cận điều kiện văn minh đô thị cho người dân nông thôn trong việc cải tạo hố xí gia đình, sử dụng khí sinh học vào việc nội trợ

- Giảm sức lao động của phụ nữ trong công việc nội trợ

1.2 TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOGAS Ở VIỆT NAM

1.2.1 Lịch sử quá trình hình thành và phát triển công nghiệp biogas [2],[4]

Kỹ thuật biogas được phát triển tại Việt Nam từ năm 1960 Sau ngày thống nhất đất nước (1975) cho đến năm 1990, kỹ thuật này được xem là một trong những ưu tiên hàng đầu của đất nước trong chương trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo Trong khuôn khổ chương trình,

rất nhiều nguyên cứu đã được thực hiện, tập trung vào công nghệ biogas Các đơn vị tham gia vào chương trình phát triển biogas bao gồm Viện Năng Lượng, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TpHCM, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại Học cần Thơ, các Sở Khoa học, Công Nghệ và Môi trường địa phương

Từ năm 1992, trong chương trình dự án của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn với sự hỗ trợ của các tổ chức như FAO, SAREC, SIDA và Viện chăn nuôi Quốc gia, trường Đại học Nông Lâm TpHCM đã phát triển

mô hình hầm ủ biogas dạng túi Với ưu thế chi phí đầu tư thấp, kỹ thuật lắp đặt và vận hành đơn giản, kỹ thuật này đã nhanh chóng được chấp nhận và nhân rộng bởi Hội Làm vườn Việt Nam và các tổ chức cá nhân khác

Bên cạnh đó, chương trình biogas của Ngành chăn nuôi Nông nghiệp –

dự án liên kết của chính phủ Việt Nam và Hà Lan đã hỗ trợ nông dân xây dựng 18.000 hầm biogas trong giai đoạn 1 (2003 - 2005) tại 12 tỉnh thành của

8 vùng sinh thái; 27.000 hầm vào cuối năm 2006 và đến năm 2007, hơn 16.000 hầm đã được xây dựng Trong giai đoạn 2 (2008 - 2011) chương trình

mở rộng ra trên 50 tỉnh thành trong số 64 tỉnh thành của Việt Nam với số lượng khoảng 14.000 hầm ủ Hiện nay, trên cả nước có khoảng 150.000 hầm

ủ biogas, hầu hết thuộc dạng hầm ủ nắp vòm cố định và dạng túi [8 ], [10] 1.2.2 Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam [8]

Hiện nay, ở Việt Nam có rất nhiều loại hình biogas được sử dụng ở nhiều địa phương khác nhau

1.2.2.1 Hầm xây KT1

Hầm kiểu KT1 được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngầm thấp, có thể đào sâu và diện tích mặt bằng hẹp

Hình 1: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1

1.2.2.2 Hầm xây KT2

Hầm kiểu KT2 phù hợp với những vùng có nền đất yếu, mực nước

ngầm cao, khó đào sâu và diện tích mặt bằng rộng

Hình 2: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2

1.2.2.3 Hầm ủ quy mô hộ gia đình

Từ năm 2008 đến năm 2010, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo, Viện Khoa học Năng lượng đã tiến hành thực hiện dự án “Hoàn thiện công nghệ và xây dựng hầm Biogas quy mô hộ gia đình cho khu vực nông thôn chăn nuôi tập trung ở tỉnh Hà Nam” với mục tiêu nắm bắt, hoàn thiện và cải tiến công nghệ phù hợp với điều kiện nông thôn Việt Nam, từ đó nâng cao hiệu qủa sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi và cải thiện đời sống của bà con nông dân Đây là dự án sản xuất thử nghiệm do Viện Khoa học Năng lượng, Viện KHCNVN chủ trì

Về nguyên lý, mô hình hệ thống hầm Biogas do Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo sản xuất và triển khai có một số thay đổi so với các loại hầm truyền thống khi bể điều áp được phân thành hai phần riêng biệt là ngăn điều

áp và ngăn thải cặn

Hình 3: Mô hình hầm biogas hộ gia đình

So với những mô hình Biogas đang được lưu hành hiện nay, hệ thống hầm Biogas quy mô gia đình này có một số điểm ưu việt:

 Thi công đơn giản

 Có kết cấu bền vững, bảo đảm chống dò rỉ nước và khí do được tăng cường bằng keo chống thấm, vì thế tăng khả năng sinh khí

 Có khả năng tự tống cặn bã nên không bị ùn tắc cặn, có khả năng tự phá váng bề mặt

 Mức độ sinh khí nhanh, sản lượng khí cao, ổn định trong mọi điều kiện thời tiết

 Thiết bị khử H2S tiên tiến đã nâng cao chất lượng Biogas, làm tăng tuổi thọ của thiết bị sử dụng như bếp, nồi cơm, đèn

 Diện tích chiếm đất nhỏ

 Giúp bảo vệ sức khoẻ con người, tiêu diệt vi trùng gây bệnh

 Các thiết bị sử dụng khí đồng bộ và chuyên dụng nên bảo đảm độ tin cậy

 Dịch vụ hậu mãi hoàn thiện Bảo hành hầm sinh khí, bể điều áp trong

10 năm Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống trong 15 năm

 Thiết bị đo áp lực, bếp đun, đèn, ấm đun siêu tốc, bình tắm nóng lạnh, máy phát điện được chế tạo chuyên dụng cho Biogas

Ngay sau khi nghiệm thu kỹ thuật, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo đã chính thức bàn giao hầm Biogas cho hộ gia đình sử dụng và bảo quản Kết quả theo dõi vận hành bước đầu cho thấy khả năng sinh khí rất tốt

1.2.2.4 Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc [10]

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 dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổ định nhiệt

độ Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để đảm bảo yêu cầu kín khí Ở

phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm Loại hầm này rất phổ biến ở Trung Quốc nhưng có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng

và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm thấp

Hình 4: Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc

1.2.2.5 Túi Biogas

+ Túi ủ Biogas được cấu tạo bởi 2-3 lớp túi nilong lồng vào nhau làm một, dài 7-10m, đường kính 1,4m được đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất Túi này được gắn với hệ thống ống sành tạo đầu vào và đầu ra

+ Túi dự trữ gas có nhiệm vụ thu và dự trữ khí sinh học từ túi ủ để dẫn tới bếp sử dụng

Loại này có ưu điểm là vốn đầu tư thấp phù hợp với mức thu nhập của

bà con nông dân hiện nay, nhưng nhược điểm:

+ Túi ủ Biogas hay bị thủng do bị tác động cơ học

+ Vật liệu chất dẻo dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời + Mô hình chiếm diện tích đất lớn (10 m3) vì túi Biogas đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất làm cho các gia đình có diện tích đất trật nên không có điều kiện để áp dụng mô hình này

Hình 5: Túi biogas bằng plastic

1.2.2.6 Biogas VACVINA cải tiến [10]

+ Hầm Biogas VACVINA cải tiến là một sự giao kết giữa mô hình vòm cuốn cố định dưới lòng đất và mô hình túi Biogas bằng nilong

+ Hầm phân huỷ thông thường có hình khối hộp chữ nhật được xây dựng bằng gạch, xi măng, độ sâu vừa phải dưới lòng đất Không cần bể phối trộn, nhưng thay vào đó là một sự hoạt động liên hoàn với kỹ thuật đơn giản bằng một loại xi-phông đầu vào với hoạt động linh hoạt dẫn chất thải vào hầm đồng thời thực hiện phá váng liên tục trong quá trình sử dụng Thực chất là khi chất thải đưa vào hầm được rơi tự do với gia tốc trọng trường làm phá vỡ lớp váng trên bề mặt thuỷ tĩnh trong hầm

+ Gas sản sinh trong hầm ủ được dẫn tới một hệ thống túi dự trữ gas bằng chất dẻo, nhờ hệ thống đường ống dẫn bằng nhựa hoặc kim loại Hệ thống túi dự trữ gas này được treo trên nóc bếp hoặc nóc chuồng trại

- Ưu điểm:

+ Hầm có thể xây dưới lòng đất với cấu tạo hình khối hộp hình chữ nhật đơn giản, không cần xây lắp hình vòm cuốn hoặc hình cầu, làm cho việc xây dựng được dễ dàng hơn và rễ hơn rất nhiều Cấu trúc và thiết kế đơn giản, việc xây dựng hầm phân huỷ dễ dàng, phù hợp với trình độ của thợ xây ở vùng nông thôn

+ Thiết kế của hầm phân huỷ và việc sử dụng bê tông cốt thép đổ liền khối tại chỗ đối với nắp phẳng cho phép độ dung sai và rò rỉ nhỏ, mà vẫn đảm bảo kín khí cho hầm

+ Phương pháp lưu giữ gas ở bên ngoài đơn giản và hiệu quả phù hợp với việc sản xuất gas trong mọi hoàn cảnh

+ Phương pháp phá váng tự động và liên tục giải quyết được một trong những vấn đề nan giải của các thiết kế hầm Biogas vòm cuốn với việc nạp nguyên liệu từ dưới đáy hầm

+ Nắp hầm bằng phẳng có thể tận dụng việc xây dựng chuồng trại hoặc nhà xí trực tiếp ngay trên đó

+ Hầm có độ bền cao, không mất tiền bảo hành duy trì hoạt động hầm hàng năm

1.2.3 Tiêu chuẩn kỹ thuật về hầm ủ biogas tại Việt Nam [8]

Để thống nhất trong toàn quốc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã ban hành quyết định số 21/2002/QĐ-BNN ngày 21 tháng 3 năm 2002

về việc ban hành tiêu chuẩn ngành về lĩnh vực môi trường Ban hành cùng quyết định này là 8 tiêu chuẩn ngành về lĩnh vực môi trường, áp dụng cho các công trình khí sinh học nhỏ 10m3, đơn giản, dùng để xử lý chất thải, sản xuất

khí sinh học và phân hữu cơ với nguyên liệu là các loại phân người, phân động vật và thực vật

Tiêu chuẩn này đã góp phần chuẩn hóa chất lượng và sử dụng toàn diện các công trình biogas, bảo vệ quyền lợi của người ứng dụng và phát triển công nghệ biogas một cách vững chắc