Đánh giá tình hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã thanh ninh huyện phú bình tỉnh thái nguyên và đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas

Ở nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rấ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

CAO HIỆU QUẢSỬ DỤNG HẦM BIOGAS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường

Khóa học : 2011 – 2015

Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái nguyên, năm 2015

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

CAO HIỆU QUẢSỬ DỤNG HẦM BIOGAS

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Khoa : Môi trường

Khóa học : 2011 – 2015 Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Huệ

Khoa Môi trường - Trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái nguyên, năm 2015

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo và cán bộ nhân viên

Uỷ ban nhân dân xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên đã tạo

điều kiện, giúp đỡ em trong sốt quá trình thực tập tại xã

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ths Nguyễn Thị Huệ, giáo viên khoa Môi Trường, Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên, đã hướng dẫn em tận tình trong quá trình học tập và hoàn thiện đề tài này

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo Khoa Môi trường đã nhiệt tình truyền thụ cho em những kiến thức quý báu trong quá trình em học tập tại trường

Trong quá trình làm đề tài tuy đã cố gắng hết sức nhưng do kinh nghiệm và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không tránh khỏi sai sót và khiếm khuyết, em rất mong được thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thành hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Nguyễn Thị Hoa

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thành phần trung bình của các loại nước tiểu gia súc 6

Bảng 2.2: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas 6

Bảng 2.3: Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại 11

Bảng 4.1: Số lượng gia súc qua điều tra 41

Bảng 4.3: Nguồn thông tin mà người dân biết về công nghệ biogas 42

Bảng 4.2 Lượng chất thải trung bình của gia súc 41

Bảng 4.4: Vị trí xây dựng hầm biogas của các hộ 43

Bảng 4.5:Lí do lắp đặt hầm của các hộ 44

Bảng 4.6: Các kiểu hàm biogas được người dân sử dụng 45

Bảng 4.7: Chi phí lắp đặt biogas của các hộ dân 46

Bảng 4.8: Loại bếp sử dụng biogas của các hộ 47

Bảng 4.9: Thời gian nấu ăn bằng biogas 48

Bảng 4.10: Lượng khói trong nhà bếp so với trước 49

Bảng 4.11: Mùi trong nhà bếp so với trước 49

Bảng 4.12: Đánh giá hiện trạng trước và sau chăn nuôi lợn của gia đình ông Nguyễn Văn Hải 52

Bảng 4.13: Đánh giá hiện trạng trước và sau chăn nuôi lợn của gia đình ông Nguyễn Văn Biển: 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình 12

Hình 2.2: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình riêng biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b) 14

Hình 2.3: Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế 15

Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas 16

Hình 2.5: Hình ảnh về thiết bị thu khí kiểu KT1 và KT2 25

Hình 2.6: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1 25

Hình 2.7 :Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2 26

Hình 2.8: Hình ảnh về mô hình xây biogas kiểu KT2 26

Hình 2.9: Cấu tạo của thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu 27

Hình 2.10: Mô hình hầm biogas hộ gia đình 29

Hình 2.11 Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc 31

Hình 2.12 Túi ủ bằng plastic 31

Hình 3.5: Biểu đồ vị trí lắp đặt hầm của các hộ 44

Hình 3.6: Lí do lắp đặt hầm ủ biogas 45

Hình 3.7: Biểu đồ loại bếp sử dụng cho biogas của các hộ 47

Hình 3.8: Biểu đồ thời gian nấu ăn của các hộ 48 Hình 3.9: Biểu đồ đánh giá hiện trạng nước thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn Văn Hải Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Biểu đồ đánh giá hiện trạng các chỉ tiêu nước thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn Văn Biển Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

2 BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và phát triển Nông thôn

5 CHXHCNVN Cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.2.1 Mục tiêu chung 2

1.2.2 Mục tiêu của đề tài 2

1.3 Yêu cầu cu ̉ a đề tài 2

1.4 Ý nghĩa của đề ta ̀i: 3

PHẦN 2:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sơ ̉ khoa ho ̣c của đề tài 4

2.1.1 Cơ sơ ̉ lý luâ ̣n 4

2.1.2 Cơ sở pháp lý 18

2.2 Cơ sơ ̉ thực tiễn của đề tài 20

2.2.1 Tình hình ứng dụng công nghệ Biogas trên thế giới 20

2.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam 22

PHẦN 3:ĐỐI TƯƠNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 32

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu 32

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 32

3.2 Đi ̣a điểm và thời gian nghiên cứu 32

3.3 Nô ̣i dung nghiên cứu 32

3.4 Phương pha ́ p nghiên cứu 32

3.4.1 Phương pha ́ p kế thừa 32

3.4.2 Phương pha ́ p điều tra phỏng vấn 32

3.4.3 Phương pha ́ p lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiê ̣m 33

3.4.4 Phương pha ́ p tổng hơ ̣p, so sánh, đối chiếu 33

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 Điều kiê ̣n tự nhiên, kinh tế – xã hội của xã Thanh Nin h, huyê ̣n Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên 34

4.1.1 Điều kiê ̣n tự nhiên 34

4.1.2 Điều kiện kinh tế - xã hội 37

4.2 Thực trạng áp dụng hầm ủ biogas của xã Thanh Ninh 40

4.2.1.Kết quả khảo sát đàn gia súc trên địa bàn xã 41

4.2.2 Kênh thông tin mà người nông dân biết đến biogas 41

4.2.3 Mặt bằng để xây dựng chuồng trại và lắp đặt hầm biogas 43

4.2.4 Lí do mà người dân lắp đặt hầm 44

4.2.5 Các kiểu công trình biogas trên địa bàn 45

4.2.6 Chi phí lắp đặt 45

4.2.7 Tình hình sử dụng biogas 46

4.3: Đánh giá chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau hầm ủ biogas 51

4.3.1: Nước thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn Văn Hải xóm Đồng Trong - Thanh Ninh- Phú Bình - Thái Nguyên 51

4.3.2: Nước thải chăn nuôi lợn của gia đình anh Nguyễn văn Biển xóm Đồng Trong, thanh ninh- Phú Bình- Thái nguyên như sau: 55

4.3.3.Khó khăn và thuận lợi của người dân khi lắp đặt biogas 60

4.3.3.1 Thuận lợi 60

4.3.3.2 Khó khăn 60

4.4.Giải pháp 60

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

5.1 Kết luận 67

5.2 Kiến nghị 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia mà trở thành vấn đề toàn cầu Trước tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lượng khác nhau, nhất là năng lượng tái lập Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có từ sự phân hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc như trâu, bò, heo đó chính là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas Ở nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn.Phú Bình là một trong những huyên của tỉnh Thái Nguyên, sản xuất nông nghiệp vẫn là chủ yếu, công nghiệp, dịch vụ vẫn chưa phát triển nhiều Chăn nuôi đặc biệt đóng vai trò quan trong trong kinh tế hộ gia đình và là một trong những nguồn thu chủ yếu của nông

hộ Trong đó xã Thanh Ninh- huyện Phú Bình - tỉnh Thái Nguyên, được đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhất xa với 1500 con heo, 850 con bò Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế Các biện pháp kỹ thuật phổ biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas, bể chứa phân, bón phân đã xử lý vào đất, sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải Trong đó, xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống

biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm

để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình bioga có hiệu quả thì công

việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng vì vậy đề tài "Đánh giá tình

hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã thanh ninh, huyện phú bình, tỉnh thái nguyên và đưa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas" trong sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu chung

Đánh giá hiện trạnh sử dụng mô hình biogas ở xã Thanh Ninh huyện Phú Bình - Thái Nguyên, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng Từ đó đề xuất những giải pháp khắc phục khó khăn

và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phương

1.2.2 Mục tiêu của đề tài

- Đánh giá thực trạng áp dụng hầm khí biogas trong chăn nuôi trên địa bàn xã Thanh Ninh - huyện Phú Bình - Thái nguyên

- Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến việc ứng dụng công nghệ hầm biogas vào chăn nuôi ở xã Thanh Ninh

- Đề xuất các giải pháp tăng cường ứng dụng công nghệ biogas vào chăn nuôi của các hộ trên địa bàn xã Thanh Ninh

1.3 Yêu cầu cu ̉ a đề tài

- Điều tra thu thập thông tin, hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã Thanh Ninh

- Số liệu phản ánh trung thực, khách quan

- Đề xuất giải pháp khắc phục những khó khăn ở địa phương

- Những kiến nghị đưa ra có tính khả thi phù hợp với điều kiện kinh tế của vùng

1.4 Ý nghĩa của đề tài:

 Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học

- Tạo cơ hội áp dụng và thực hành những kiến thức đã học vào thực tế

- Nâng cao hiểu biết thêm về kiến thứ c thực tế

- Phát triển kỹ năng , trau dồi, tích lũy kinh nghiệm phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này

- Bổ sung tư liệu cho ho ̣c tâ ̣p, nghiên cứu khoa ho ̣c

 Ý nghĩa thực tiên

- Phản ánh thực trạng của vệc sử dụng bioga của các hộ gia đình tại địa phương

- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng biogas đem lại và giải quyết những khó khăn tồn tại

- Tuyên truyền , nâng cao nhận thức về bảo vê ̣ môi trường cho người dân đi ̣a phương, cho các tổ chức, cá nhân tham gia hoạt động

- Nâng cao chất lượng môi trường phu ̣c vu ̣ cho hoa ̣t đô ̣ng sống của người dân trên đi ̣a bàn

- Làm cơ sở cho công tác quy hoạch , kế hoạch , xây dựng chính sách bảo vệ môi trường đất - nước ta ̣i đi ̣a phương

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sơ ̉ khoa ho ̣c của đề tài 2.1.1 Cơ sơ ̉ lý luâ ̣n

2.1.1.1 Một số khái niệm

* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 9 thông qua ngày

14 tháng 2 năm 2015, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố

tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”

* Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt

Nam 2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”

* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng

nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau,vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí Nước bị ô nhiễm nghĩa

là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu

* Chất thải chăn nuôi lợn: Bao gồm chất thải rắn và chất thải lỏng, chất

thải rắn bao gồm phân, gia súc chết, nhau thai, Chất thải lỏng là nước tiểu, chất nhầy, nước rửa chuồng trại và rửa các dụng cụ dùng trong chăn nuôi

* Nước thải chăn nuôi: Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất

đặc trưng và có khả năng gây ô nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh

* Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác

* Nước thải công nghiệp: Là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động

hoặc trong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu

* Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng

nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay hố xí

* Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở

những thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo hệ thống riêng

* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc

hội nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ

để quản lý và bảo vệ môi trường”

2.1.1.2 Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp

a Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogas

- 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 kị khí vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và khí được sinh ra bioga là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nito, hydro sunfua…

chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồn nguyên liệu lớn, chưa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển

hóa sinh học để tạo biogas khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại

và đặc điểm ngành của từng quốc gia

Bảng 2.1: Thành phần trung bình của các loại nước tiểu gia súc Loại gia

( Nguồn: Suzuki Tatsushiko, 2008)

- Khả năng sản sinh biogas hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbonhydrat, xenlulozo đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas

- Thành phần, tính chất biogas

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

700oC Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870oC

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

.Gía trị năng lượng khoảng 5,96Wh/m3 và tỷ trọng 0,94kg/m3..Lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy của biogas khoảng 5,7m3không khí/m3biogas, với tốc độ cháy khoảng 40cm/s

5 H2S 0 – 1

Tùy thuộc vào thành phần tính chất của nước thải chăn nuôi, thời gian lưu nước, trọng tải chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lượng khí sinh ra là khác nhau

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

Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ tạo biogas được thực hiện 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 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, tỉ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, yếu tố gây độc của các thành phần dạng vết, 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 khía cạnh khác nhau dược trình bày chi tiết như sau:

- 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 các kim loại nặng, độ hòa tan của co2 và thành phần biogas sinh ra khi nhiệt độ môi trường tăng tốc độ phân hủy sinh học sẽ tăng và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao

Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10oC 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 đông trong một khoảng nhiệt độ nhất định, ba khoảng nhiệt độ mà vi khuẩn hoạt động hiệu quả nhất là:

+ T<15oC: khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa lạnh

+ T= 15- 45oC : khoảng hoạt đông của vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình

+ T= 45-65oC : khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ của hai nhóm vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình

khoảng 25- 37oC và vi khuẩn ưa nhiệt 55oC là quan trọng nhất vì quá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 10oC

- Thời gian lưu

Thời gian lưu là khoảng thời gian lý thuyết mà một phân tử hoặc một đơn vị chất lỏng đi vào và lưu lại 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 một ngày, đơn vị lưu nước là ngày

T (ngày) =

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

Qúa trình phân hủy hoặc lên men của các 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

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 tỏn thất sinh khối và gia tăng chi phí vận hành

- PH:

Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH >=7(trong môi trường độ kiềm yếu)

Sự xuất hiện của một số ion sau có thể làm ảnh hưởng đến pH của hầm: HCO

-3, H2CO-3, NH4+, CH3COO-+, Ca2+…gốc HCO

-3 góp phần làm tăng độ kiềm bicacbonat thông qua phản ứng thuận nghịch sau:

HCO3- + CH3COOH <=> H20 + CO2 + CH3COO

Dãy pH tối ưu trong hầm ủ nằm trong khoảng trung tính(6,8-7,4) Khi

tỷ lệ sinh ra các axits béo bay hơi vượt quá khả năng vi khuẩn metan hóa có thể sử dụng, pH sẽ giảm xuống dưới mức tối ưu Để pH tăng trở lại quá trình vận hành cần bổ sung thêm độ kiềm cho hầm phân hủy lấy từ nguồn bên ngoài

Sự thay đổi pH sẽ làm ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzym Các VSV và enzym của chúng rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối

ưu thể hiện qua các tác động về chức năng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng hoạt hóa của các enzym

Nồng độ và dạng tồn tại của amonia cũng có ảnh hưởng quan trọng đến pH của hầm ủ Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định rạng thái tồn tại của amoniac( NH3) Amoniac tồn tại dưới dạng NH4+ không gây độc đối với vi khuẩn ngược lại với amonia tự do Nồng độ NH3 ở mức 100ppm sẽ rất độc và có thể là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ

- 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 nito 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 khái niệm tỉ lệ C/N Khái niệm này được quan tâm từ rất sớm với nguồn cơ chất là phân bò tỷ lệ C/N khoảng 15:1 - 25:1

Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lượng N sẽ bị vi khuẩn metan hóa tiêu thụ nhanh để tổng hợp protein của chúng và sẽ không còn đủ để phản ứng với lượng C còn lại trong nghuyên liệu do đó lượng khí biogas sinh ra sẽ thấp Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giải phóng và tích lũy dưới dạng amoni NH4 sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy, pH cao hơn 8,5 sẽ là

một yếu tố gây cản trở hoạt động của vi khuẩn metan hóa

Các vi khuẩn axit hó và vi khuẩn metan hóa đều cần tỷ lệ C/N :25-30:1 cho quá trình hoạt động tối ưu Mặc dù các loại chất 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

- Thành phần độ ẩm trong nguyên liệu đầu vào

Nước là nhu cầu cần thiết cho sự sống và hoạt động của vi sinh vật Hơn nữa nước là môi trường cần thiết cho sự di chuyển của vi sinh vật hoạt động của các enzym nội 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 loai cơ chất khác nhau sẽ khác nhau tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năng phân hủy sinh học của chúng

- Thành phần gây độc

Nồng độ của amonia, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt, kim loại nặng…là các yếu tố gây độc với VSV ảnh hưởng đến khả năng sinh khí biogas Tỷ lệ C/N thấp trong hỗn hợp đầu vào sẽ sẽ làm tăng hàm lượng amonia Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn của động vật hoặc khi tiêm phòng cho động vật có thể gây ra các tác đọng tiêu cực đến khả năng sinh khí biogas Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại được trình bày trong bảng 2.3

Bảng 2.3: Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại

2.1.1.3 Giới thiệu về phương pháp biogas

2.1.1.3.1 Định nghĩa hầm biogas và khí sinh học (Biogas)

Hầm biogas: là bể kín chứa phân và chất thải hữu cơ từ quá trình chăn nuôi, sản xuất được ủ lên men yếm khí để tạo ra khí biogas- được sử dụng như một nguồn nhiên liệu cung cấp cho các hoạt động sinh hoạt cũng như sản xuất

Khí biogas: hay còn gọi là khí sinh học là một dạng năng lượng khi mà các chất hữu cơ (phân động vật hoặc các sản phẩm của nông nghiệp) lên men trong điều kiện không có không khí (quá trình yếm khí), vi sinh vật phân huỷ các chất tổng hợp và sinh ra khí Khí sinh học là một hỗn hợp khí bao gồm Metan (CH4), Cacbon Dioxit (CO2), Nito (N2) và Hydro sunphat (H2S) Thành phần chủ yếu của khí sinh học là Metan (chiếm 60% -70%) và Cacbon dioxit

(chiếm 30%-40%) Nhìn về góc độ năng lượng tính toán được rằng: 1m3 khí sinh học (với mức 6000 calo) tương đương với

3,47 kg gỗ, 0,45 kg khí ga hoá lỏng, 1,25 Kw điện năng, 1,4 kg than đá,

13 kg nhiên liệu phân gia súc và còn nhiều ước tính khác nữa, khí biogas hoàn toàn có thể sử dụng như một nguồn năng lượng phổ biến hiện nay

Hình 2.1: Vị trí hầm biogas quy mô hộ gia đình

Theo công nghệ càng ngày càng phát triển, khí biogas có thể được sản xuất từ nguồn nguyên liệu khác nhau, xử lý được chất thải phát sinh mà vẫn phù hợp tính năng của người sử dụng

2.1.1.3.2 Sơ lược về cấu tạo và hoạt động của biogas

a Các loại hình biogas

Công nghệ biogas xuất hiện trên thế giới từ rất sớm và qua thời gian đã

có rất nhiều cải tiến và ứng dụng Cấu tạo trong các nhà máy sẽ phức tạp hơn nhiều Để tiện theo dõi, ta có thể chia các loại hình biogas thành hai loại: trong khu vực nông thôn và khu vực công nghiệp

Trong khu vực nông thôn, hầu hết các hầm biogas được áp dụng ở các

nước đang phát triển là những thiết bị đơn giản, hoạt động theo chế độ nạp bnguyên liệu bổ sung thường xuyên Hầm biogas được xây dựng cho các hộ gia đình riêng biệt

Loại 1: Hầm biogas có nắp hình vòm cuốn

Hình mô tả sau đây là sơ đồ thiết kế của một hầm biogas, trong quá trình xây dựng cần đảm bảo những kỹ thuật cần thiết: hầm phải kín, xây bằng gạch để không rò rỉ, phần bể thải phải cao hơn hầm phân huỷ nhưng chiều ngang của lối vào và lối ra là bằng nhau

Cấu tạo của hầm biogas bao gồm các bộ phận sau:

Ngăn trộn: Là nơi mà nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau trước khi vào ngăn phân huỷ

Ngăn phân huỷ: Là nơi mà phân và nước từ ngăn trộn được lên men và sinh ra khí ga Ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín Một vòm cố định thu thập lượng khí ga được sinh ra trước khi sử dụng Khí ga này sẽ đẩy lớp cặn sang ngăn áp lực

Ngăn áp lực: Thu các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ, khi sử dụng khí

ga, các chất cặn lắng ở dạng lỏng trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ để đẩy khí ga ra Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa Ngăn này có đường ống thoát ở đáy hầm, khi cổng của hầm lưu trữ mở ra thì phân và nước sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm qua đường ống này

Ngăn chứa và lọc cát: Thu phần cặn lắng có thể sử dụng được như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường

Ga tích luỹ được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân huỷ để chảy vào ngăn áp lực Khi sử dụng khí ga thì nước trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng Hệ thống này được gọi là hệ thống động lực Nó sẽ hoạt động thường xuyên nếu không có

rò rỉ hoặc quá trình lên men được kiểm soát Hầm biogas đảm bảo tiêu chuẩn

có thể hoạt động hơn 10 năm

Hình 2.2: Mô hình hệ thống thu khí biogas áp dụng đối với hộ gia đình

riêng biệt loại hình (a) tròn và hình trụ (b)

Cấu tạo của các hầm biogas ở nông thôn khá đơn giản, có thể được xây dựng theo hình trụ tròn hoặc hình trụ đứng

Trên đây là mô hình những hầm biogas theo lý thuyết, nhưng trong thực tế thường xây dựng theo dạng hình tròn, kiểu dáng này được áp dụng

ngay khi đưa vào nông thôn Việt Nam Mô hình hầm biogas phổ biến trong thực tế:

Hình 2.3: Mô hình hầm biogas xây bằng gạch trong thực tế

 Bộ phận chứa khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ở đây Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín

 Lối vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân huỷ

 Lối ra: Nguyên liệu sau khi đã phân huỷ được lấy ra (gọi là bã thải) qua đây để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào

 Lối lấy khí: Khí được đưa từ bộ phận tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này

Loại 2: Biogas bằng túi chất dẻo

Mô hình này được du nhập từ Cô-lôm-bia Về cấu tạo, túi ủ biogas được cấu tạo bởi 2 - 3 lớp túi ni-lông lồng vào nhau làm một, dài 7 - 10 m, đường kính 1.4 m 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 có nhiệm vụ thu và giữ khí sinh học từ túi ủ để dẫn tới bếp

sử dụng Mô hình này có những thuận lợi là rẻ tiền, dễ lắp đặt, dễ sử dụng, nhưng cũng có những bất lợi sau:

Túi ủ biogas bằng ni-lông dễ bị thủng do các tác động cơ học, vật liệu chất dẻo dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời và mô hình chiếm diện tích đất gần 10 m2 vì túi biogas này đặt nửa chìm nửa nổi trên mặt đất, làm cho nhiều gia đình ở Đồng Bằng Sông Hồng do chật chội nên không có điều kiện về đất đai để áp dụng Hai loại hình cơ bản trên được giới thiệu dùng để

sử dụng cho qui mô hộ gia đình ở nông thôn Những loại hình này muốn đưa vào hoạt động cấn có sự bảo trợ của các cấp chính quyền, cần áp dụng trợ cấp của chính phủ thì mới có khả năng được công nhận chính thức

b Cơ chế hoạt động và hiệu suất xử lý chất thải

Hình 2.4: Sơ đồ mô tả quá trình phân huỷ thành khí biogas

Ban đầu nước và phân động vật được trộn lẫn với nhau trong ngăn trộn, sau đó được chuyển sang ngăn phân huỷ Tại đây, phân và nước được lên men

và sinh ra khí ga, ngăn này phải chắc chắn và hoàn toàn kín Một vòm cố định thu thập lượng khí ga được sinh ra trước khi sử dụng, khí ga này sẽ đẩy lớp cặn sang ngăn áp lực Tại ngăn áp lực, các lớp cặn lắng từ ngăn phân huỷ

Phân động vật

Quá trình lên men

Khí Biogas

Quá trình thuỷ phân

Quá trình axit hoá

Quá trình axetic hoá

Quá trình Mêtan hoá

được thu lại, khí ga tích luỹ được sẽ đẩy phần cặn và nước trong đáy ngăn phân huỷ chảy vào ngăn áp lực Khi mở van lấy khí ga thì nước trong ngăn áp lực sẽ chảy ngược lại vào ngăn phân huỷ và sẽ đẩy khí ga ra để sử dụng Hệ thống này gọi là hệ thống động lực Ngăn áp lực cũng thu các loại phân thừa Ngăn này có đường ống thoát ra ở đáy hầm, khi mở nắp ống thì phân và nước

sẽ đẩy phần cặn ở đáy hầm ra qua ngăn chứa và lọc cát Phần cặn lắng thu được có thể được sử dụng như là phân bón để cải thiện đất cho sản xuất nông nghiệp hoặc bán ra thị trường

Nếu bảo quản và vận hành tốt, hệ thống hầm biogas không bị rò rỉ thì

có thể hoạt động được trong khoảng 10 đến 20 năm

Giai đoạn quan trọng nhất để sinh ra khí ga được xảy ra trong bộ phận phân huỷ Nguyên liệu được nạp vào trộn lấn với nước sẽ biến đổi thành các chất hoá học khác nhau nhờ vào các nhóm sinh vật khác nhau

c Lợi ích của công nghệ biogas trong nông nghiệp

- Công nghệ ủ khí biogas được ứng dụng để cung cấp năng lương với nhiều quy mô khác nhau, quy mô nhỏ cho hộ gia đình, quy mô lớn cho khu dân cư và quy mô lớn cho cho các nhà máy sản xuất

- Biogas rất dễ cháy có thể thay thế cho củi do đó làm giảm nạn phá rừng ở những vùng nông thôn nhiệt đới, gián tiếp hạn chế ảnh hưởng do thiên tai, lũ lụt đồng thời góp phần cải thiện điều kiện làm việc của người phụ nữ nông thôn tiết kiệm được thời gian

- Về lợi ích kinh tế: Khí thu được để đun nấu thay thế việc mua gs, nếu một hộ xây dựng công trình biogas cỡ 10 m3 sex cho lượng khí đốt tương đương 1,5-2 bình gá 13kg, đủ để hộ xay dựng công trình khí sinh học đun nấu cho sinh hoạt hàng ngày và có thể chạy bình nóng lạnh gá, thắp sáng hoặc chạy máy nổ… sẽ giảm chi tối thiểu cho hộ tối thiểu khoảng 300.000 đồng /tháng nếu các hộ gia đình chưa xây dựng các công trình phụ thì quy hoạch

khu chăn nuôi gần khu vệ sinh sẽ tiết kiệm được tiền xây bể tự hoại

- Về môi trường: Phân gia súc gia cầm được tập trung vào bể nạp rồi chuyển sang bể phân giải đã giảm được mùi hôi thối trong chăn nuôi, trứng giun, sán mầm bệnh được tập trung vào bể nạp và bị tiêu diệt ở đây không bị phát tán ra môi trường xung quanh

Trong nông nghiệp, khi phân gia xúc gia cầm nạp vào bể một phần chuyển hóa thành khí đốt phần còn lại là nước và bã thải dùng để bón cho cây trồng sẽ làm tăng năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh và nâng cao độ phì của đất

Qúa trình lên men kỵ khí diễn ra trong thời gian dài có thể làm giảm 90% ký sinh trùng, vi sinh vật gây bệnh cho người, gia xúc và cây trồng Vì thế vấn đề vệ sinh được cải thiện

Điểm nổi bật của mô hình biogas là so với lợi ích về mặt kinh tế- xã hội thì chi phí lắp đặt thấp nên dễ dàng được người nông dân ứng dụng và có thể phát triển trên diện rộng Lợi ích của công nghệ khí sinh học rất đa dạng và phong phú, nếu người nông dân mạnh dạn tiếp cận công nghệ mới và ứng dụng vào cuộc sống thì sẽ giúp chăn nuôi phát triển tốt hơn, hiệu quả hơn kết hợp với việc bảo vệ môi trường nông thôn một cách bền vững

Nói tóm lại ta thấy rõ ràng những lợi ích mà biogas mang lại là rất lớn

so với những bất lợi của nó Những bất lợi đó không đáng kể nên người ta vẫn đánh giá lợi ích từ biogas là rất cao Không một ai than phiền về việc khi có biogas thì họ mất đi một số diện tích đất hay phải đốn bỏ một số cây trồng lâu năm, bởi vì đa số hầm được xây dựng dưới đất và được lắp đặt nơi thông thoáng

2.1.2 Cơ sở pháp lý

- Luật BVMT số 55/2014/QH13 được Quốc hội nước CHXHCNVN

khóa XIII kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 23/06/2014 và có hiệu lực thi hành từ

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28/02/2008 của Chính phủ sửa đổi

bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NDD-CP ngày 09 tháng 8 năm

2006 về việc quyết định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường

- Nghị định số 117/2009/NĐ-CP ngày 31/12/2009 của chính phủ về xử

lý vi phạm pháp luật trong lĩnh vực bảo vệ Môi trường

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP sửa đổi bổ sung Nghị định 80/2006/NĐ-CP về việc quy định chi tiết hướng dẫn thi hành một số điều của luật BVMT;

- Nghị quyết số 41-NQ/TW này 15/11/2004 của Bộ Chính trị về BVMT

- Thông tư số 04/2010/TT-BNNPTNT ngày 15/01/2010 của Bộ Nông

nghiệp & Phát triển Nông thôn quy định về Ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về điều kiện trại chăn nuôi lợn, trại chăn nuôi gia cầm an toàn sinh học

- Quyết định số 34/2004/QĐ-BKHCN ngày 09/10/2004 của Bộ KHCN

về việc ban hành tiêu chuẩn Việt Nam;

- Quyết định số 22/2006/QĐ-BTNMT ngày 18/12/2006 của Bộ TN&MT về việc bắt buộc áp dụng các tiêu chuẩn Việt Nam (5 tiêu chuẩn)

- Quyết định số 16/2008/QĐ-BTNMT ngày 31/12/2008 của Bộ TN&MT về việc ban hành Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về môi trường;

- QCVN 01 - 79: 2011/BNNPTNT về cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm-quy trình kiểm tra, đánh giá điều kiện vệ sinh thú y Do Cục Thú y biên soạn, Vụ Khoa học, Công nghệ và Môi trường trình duyệt, và được ban hành

theo Thông tư số 71/2011/TT-BNNPTNT ngày 25 tháng 10 năm 2011 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

- QCVN 40:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước thải sản xuất Do Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước, biên soạn thay thế QCVN 24:2009/BTNMT, Tổng cục Môi trường, Vụ Khoa học và Công nghệ, Vụ Pháp chế trình duyệt và được ban hành theo Thông tư số 47/2011/TT-BTNMT ngày 28 tháng 12 năm 2011 của

Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường

2.2 Cơ sơ ̉ thực tiễn của đề tài

2.2.1 Tình hình ứng dụng công nghệ Biogas trên thế giới

Với nhận thức công nghệ sinh học là công nghệ khí liên nghành đa mục tiêu, đa mục đích nên chính phủ nhiều nước trên thế giới đã và đang quan tâm đưa ra những chính sách, những chương trình mạnh mẽ thúc đẩy sử dụng nguồn năng lượng khí sinh học với mục tiêu khai thác toàn diện các lợi ích của nó, các chính sách thúc đẩy công nghệ khí sinh học đã được chứng minh trên các lợi ích kinh tế, xã hội như: bảo vệ môi trường, cung cấp năng lượng, điện trên cơ sở chi phí thấp nhất cho các vùng hẻo lánh, tạo ra các hoạt động kinh tế cho các vùng hẻo lánh, đa dạng hóa các nguồn năng lượng

- Trung Quốc: Trung Quốc đã có một lịch sử ấn tượng về việc sử

dụng năng lượng tái tạo cho việc phát triển nông thôn với một số chương trình

có tầm cỡ lớn nhất thế giới về khí sinh học Theo số liệu thống kê của Bộ nông nghiệp Trung Quốc riêng trong lĩnh vực chăn nuôi năm 2006 có 460 công trình khí sinh học cấp cho 5,59 triệu gia đình sử dụng, phát điện với công suất 866KW, sản xuất thương mại 24.900 tấn phân bón và 700 tấn thức

ăn gia xúc Tới cuối năm 2008 số công trình tăng lên đến 573 và năm 2010 có

2000 bể cỡ lớn và 8,5 triệu hầm

Trong những năm gần đây, các mô hình nhà kính và sử dụng năng lượng đa dạng đã được phát trienr rất nhanh ở Trung Quốc, đặc biệt những bể tạo khí Biogas nhỏ được xây dựng mỗi năm tới 160.000 chiếc Đến nay toàn quốc đã có 7.630.000 bể tạo khí Biogas nhỏ

- Đức: Việc xây dựng công trình khí sinh học tăng từ 100 thiết bị/năm

lên 200 thiết bị/năm vào năm 2000 hầu hết các công trình này có thể tích phân hủy từ 1000 tới 1500m3, công suất khí 100 đến 150 m3 Có trên 30 công trình quy mô lớn với thẻ tích phân hủy 4000 tới 8000 m3 Khí sinh học sản xuất ra được sử dụng để cung cấp cho các tổ máy đồng phát nhiệt và điện có công

suất điện là 20, 150, 200 và 500KWe

- Nepal: Sức tiêu thụ các năng lượng truyền thống tại các hộ gia đình ở vùng nông thôn: 85% (75% từ củi đun, chất đốt từ nông nghiệp)

Tổng số mô hình Biogas lắp đặt 104 080

Số huyện đã xây dựng các mô hình Biogas: 65 huyện

Lịch sử của Biogas bắt đầu từ năm 1965, nền tảng là sự hướng dẫn chỉ đạo của Late Father B.R.Saubolle trường Xavier's tại Godavari ở Kathmandu,Nepal Tuy nhiên trên thực tế Biogas chỉ được quan tâm đến sau khi giá nhiên liệu đột ngột tăng cao Nó được bắt đầu từ năm 1975 với tên gọi

là "năm nông nghiệp" Trong thời gian này có tổng số 200 gia đình lắp đặt với quy mô là loại hầm nổi hình vòm cầu Năm 1977, cùng với sự đưa vào công

ty Gobar, biogas sinh học được phổ biến Tuy nhiên, kết thúc năm 1978, phổ biến được tất cả 708 hầm Biogas hầm biogas loại hầm nổi hình vòm cầu Thấy được tầm quan trọng của biogas sinh học và sự quan tâm chú ý của người dân, chính phủ đã đưa ra nhiệm vụ lắp đặt 4000 hầm phân hủy loại kế hoạch thứ 7 trong giai đoạn bắt đầu từ năm 1985 Với sự hỗ trợ của chương trình hỗ trợ biogas, dưới sự hỗ trợ cử tổ chức phát triển Ha lan, nhịp độ bắt đầu đạt được về sự tăng tiến của biogas.Trong suốt giai đoạn đầu và giai đoạn

thứ 2 chương trình hỗ trợ Biogas có 31000 hầm Dưới giai đoạn thứ 3 đã xây dựng được 1.000.000 hầm biogas cố định

- Đan Mạch: Việc xây dựng các nhà máy kỵ khí tập trung đang trở

thành một lựa chọn phổ biến để quản lý chất thải ở những nơi chất thải từ vài nguồn có thể được xử lý phân động vật, phụ phẩm cây trồng, chất thải

hữ cơ của các gia đình

- Tại Indonesia, người dân có thể tiết kiệm khoảng 30 USD/ tháng nhờ

sử dụng biogas Chính phủ Indonrsia đang đẩy mạnh việc sử dụng biogas như

là giải pháp cho những vấn đề môi trường

2.2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam

2.2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển công nghệ biogas

Kỹ thuật biogas được phát triển tại việt nam từ năm 1960 sau ngày thống nhất đất nước 1975 cho đến năm 1990, kỳ thuật này được xem là một trong những ưu tiên hàng đầu của đát nước trong chương trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo trong khuôn khổ chương trình rất nhiều nghiên cứu đã được thục hiện tập trung vào công nghệ biogas

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 nông nghiệp Quốc gia, trường Đại học Nông lâm tp HCM đã phát triển mô hình hầm ử 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

Thời gian gần đây, trong chương trình quốc gia về cấp nước và vệ sinh môi trường nông thôn Trung tâm hỗ trợ và Phát triển nông thôn đã phát triển mô hình hầm ủ nắp vòm cố định với nắp hầm dạng hình bán cầu, cấu tạo

từ vật liệu composit và xi măng lưới thép

Bên cạnh đó chương trình biogas cử ngành chăn nuôi nông nghiệp dự

án liên kết với 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 đến năm 2007 hơn 16.000 hầm đã được xây dựng, trong giai đoạn 2 (2008- 2011) chương trình BP dự kiến sẽ

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 hét thuộc dạng hầm ủ nắp vòm cố định và dạng túi

 Sự phát triển Biogas của một số tỉnh thành trong cả nước

- Phát triển Biogas ở tỉnh Thái nguyên

Tỉnh Thái nguyên đang đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về công nghệ phát triển hầm khí sinh học vào cuộc sống dân sinh, đặc biệt với khu vực nông thôn Từ năm 1998 đến nay bên cạnh việc đẩy mạnh công tác thông tin, giáo dục, truyền thông…vì việc sử dụng khí sinh học, chương trình phát triển hầm khí sinh học đã đầu tư xây dựng trên 500 hầm thí điểm cho các hộ dân bằng sự tài trợ một phần từ ngân sách nhà nước Sự thành công của mô hình

đã thúc đẩy nhanh việc mở rộng xây dựng các loại hầm khí sinh học trong dân

cư, theo ước tính đến nay gân 2000 hầm đang được hoạt động trong các hộ gia đình

- Phát triển biogas ở tỉnh Đồng Nai

Tỉnh Đồng Nai đã ban hành quy định nếu không có hầm khí sinh học thì không được phát triển chăn nuôi Hiện nay ở Đồng Nai mỗi năm lắp đặt

500 túi Biogas do chương trình nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn thực hiện, một số đơn vị khác xây dựng các bể, tổng số các hầm và bể khí sinh học vào khoảng 3.500 chiếc

- Phát triển biogas ở tỉnh Hà Tây

Qua thời gian ngắn triển khai từ năm 1998 đến nay toàn tỉnh đã có

7250 hầm biogas các loại, loại hầm lớn có thể tích 10- 12 m3, nhỏ nhất là 4m3,

tương ứng với số vốn đầu tư 25375 triệu đồng, trong đó có vốn của nhà nước

bỏ ra từ 85- 100% Huyện có số hầm Biogas nhiều nhất tỉnh là Đan Phượng với 2240 hầm, tiếp theo là các tỉnh Ưngs Hòa, Hoài Đức trên dưới 1000 hầm

Việc ứng dụng, phát triển công nghệ Biogas trong chăn nuôi đã mang lại hiệu quả thuyết phục, giải quyết ô nhiễm môi trường không khí, môi trường phân thải, nước thải do chăn nuôi gây ra từ đó góp phần giảm thiểu vấn đề dịch bệnh Bên cạnh việc cải thiện môi trường, cung cấp cho các hộ gia đình nguồn khí đốt sinh học phục vụ sinh học và nguồn phân bón hữu cơ

vi sinh cho nghành trồng trọt góp phần phát triển một nè nông nghiệp bền vững

2.2.2.2 Một số kiểu hầm biogas ở Việt Nam

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

Thiết bị khí sinh học (KSH) kiểu KT1&KT2 (gọi tắt là KT) là một trong số thuộc họ thiết bị có bộ phận chứa khí nằm trong bể phân giải Trong thực tế thì họ thiết bị này lại được phân ra thành hai họ nhỏ, chúng được gọi

là thiết bị nắp cố định và loại thiết bị bằng túi chất dẻo, tuy nhiên thì khả năng

áp dụng của loại thiết bị nắp cố định lại cao hơn so với loại túi chất dẻo Cho đến nay thì loại thiết bị nắp cố định được nghiên cứu và phát triển trên 30 năm, và KT là một trong số đó

Hình 2.5: Hình ảnh về thiết bị thu khí kiểu KT1 và KT2

a Hầm xây KT 1

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

Hình 2.6: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1

Hình 2.8: Hình ảnh về mô hình xây biogas kiểu KT2

Đặc điểm chính của mẫu thiết bị KT1 và KT2

Thiết bị KSH nắp cố định kiểu KT có dạng hình cầu, cụ thể là hình đới cầu cho mẫu KT1 và hình bán cầu cho mẫu KT2 Cấu tạo của mẫu thiết bị KT1 và KT2 được trình bày trong hình 1

Mẫu thiết bị KT1 Mẫu thiết bị KT2

Hình 2.9: Cấu tạo của thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu

1 Bể nạp, 2 Ống lối vào, 3 Bể phân giải , 4 Ống thu khí, 5.Ống lối ra,

6 Bể điều áp

Vật liệu để xây dựng công trình KSH kiểu KT

 Gạch thẻ đạt chất lượng loại A, người sử dụng nên chọn loại gạch tốt nhất sẵn có tại địa phương;

 Cát (loại cát hạt to-thô có thể dùng để làm vữa xây, loại cát hạt mịn dùng để làm vữa trát thành bể);

nhỏ- Xi măng Poolang từ PC300 trở lên;

 Thép tròn đường kính 6mm (số lượng tùy theo cỡ bể phân giải) dùng

để đúc bê tông nắp bể điều áp;

 Ống nhựa cứng PVC loại tốt dùng để làm ống lối vào và lối ra, người

sử dụng nên chọn loại ống có đường kính là 160mm;

 Ống thu khí: làm từ ống nhựa cứng PVC or hoặc ống thép mạ kim loại không gỉ;

c 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 xựng 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 hợ với điều kiện nông thôn Việt nam, từ đó nâng cao hiệu quả 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 và ông Trần Khắc Tuyến, Giam đốc Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo làm chủ nhiệm

Về nguyên lý, mô hình hệ thống hầm Bogas 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 hòa được phân thành hai phần riêng biệt là ngăn điều

áp và ngăn thải cặn

Hình 2.10: 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 hộ gia đình có một số ưu việt sau:

- Thi công đơn giản

- Có kết cấu bèn vững, đảm bảo 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 đieuù 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 đất nhỏ, tiết kiệm nhân công

- Giups bảo vệ sức khỏe con người, tiêu diệt vi trùng gây bệnh

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

- Dịch vụ hậu mãi hoàn thiện, bảo hành hầm sinh khí, bể điều hòa trong

10 năm Bảo trì bảo dưỡng hệ thống trong 15 năm

- Thiết bị đo áp lực, bếp đun, đèn, bình tắm nóng lạnh… 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, đồng

hồ áp lực luôn ở mức 12- 13 kPa, ứng với nhiệt độ ngoài trời dao động từ

25-34 độ C Ngoài cung cấp chất đốt cho đun nấu còn phải kể đến hiệu quả về mặt xã hội và bảo vệ môi trường

d Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc

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

do đó thể tích của hầm ủ bằng tổng diện tích của 2 phần này Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiện diện tích và ổn định nhiệt

độ Phần chứa khí được tô bằng nhiều ớp 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 các 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 đảm bảo độ kín khí do đó hiệu suất của hầm thấp

sự phá hoại của chuột, ga xúc, gia cầm

Hình 2.12 Túi ủ bằng plastic

PHẦN 3 ĐỐI TƯƠNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1.1 Đối tượng nghiên cứu

- Một số mô hình Biogas được sử dụng tại xã Thanh Ninh- huyện Phú Bình- tỉnh Thái Nguyên

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu

- Địa bàn xã Thanh Ninh- Phú Bình- Thái Nguyên

3.2 Đi ̣a điểm và thời gian nghiên cứu

- Địa điểm thực tập: UBND Xã Thanh Ninh- Phú Bình- Thái Nguyên

- Thời gian nghiên cứu bắt đầu: 01/2015 đến ngày 05/2015

3.3 Nô ̣i dung nghiên cứu

- Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Thanh Ninh, huyện Phú Bình, Thái nguyên

- Thực trạng áp dụng hầm ủ biogas tại xã Thanh Ninh huyện Phú Bình, Thái nguyên

- Đánh giá chất lượng nước thải chăn nuôi trước và sau xử lý Biogas

- Đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas

3.4 Phương pha ́ p nghiên cứu

3.4.1 Phương pha ́ p kế thừa

- Kế thừa tham khảo kết quả đã đạt được của các báo cáo, đề tài đã làm các năm trước có lên quan tới biogas

- Tham khảo tài liệu sách báo viết về biogas

- Các tài liệu của chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam do cục chăn nuôi thuộc Bộ NN & PTNT và Tổ chức phát triển Hà Lan thực hiện

3.4.2 Phương pha ́ p điều tra phỏng vấn