Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện thanh liêm, tỉnh hà nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM,

TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ

HÀ NỘI - 2017

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG KHAI THÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG KHÍ SINH HỌC TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG CHĂN NUÔI TẠI HUYỆN THANH LIÊM,

TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Tôi xin chân thành cám ơn tới tất cả các thầy cô giáo Trường Đại học Khoa học tự nhiên đặc biệt là các giảng viên khoa Môi trường, khoa Đào tạo sau đại học của trường đã dạy bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các đồng chí lãnh đạo và chuyên viên phòng Nông nghiệp và phát triển nông thôn huyện Thanh Liêm; phòng Thống kê huyện Thanh Liêm; phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Thanh Liêm và các hộ trang trại chăn nuôi gia súc trên địa bàn huyện Thanh Liêm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi tiếp cận và thu thập những thông tin cần thiết trong quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu

Hà Nam, ngày tháng 02 năm 2017

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Bích Ngọc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cám ơn Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Thị Bích Ngọc

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi 3

1.1.1 Nguồn phát sinh, đặc tính 3

1.1.2 Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe 5

1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi 9

1.2 Tổng quan về khí sinh học 14

1.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học 14

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH 15

1.2.3 Thiết bị khí sinh học 18

1.2.4 Tiềm năng Biogas trên thế giới và Việt Nam 22

1.3 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 23

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 23

1.3.2 Thực trạng môi trường tự nhiên trên địa bàn huyện Thanh Liêm 26

1.3.3 Điều kiện kinh tế - xã hội 27

CHƯƠNG 2 MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 30

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 30

2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp 30

2.2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 31

2.2.4 Phương pháp so sánh, đánh giá 33

2.2.5 Phương pháp tổng hợp số liệu 33

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.1 Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam 34

3.1.1 Số lượng trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện 34

3.1.2 Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên địa bàn 35

3.1.3 Về quy mô chăn nuôi lợn tại các trang trại: 36

3.1.4 Các kiểu hệ thống chăn nuôi lợn trong các trang trại 37

3.1.5 Cơ cấu đất đai trong các trang trại 37

3.1.6 Phương thức chăn nuôi tại khu vực huyện Thanh Liêm 38

3.1.7 Sử dụng thức ăn, nước cho lợn ở các trang trại 39

3.2 Nguồn thải phát sinh; thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất thải chăn nuôi trên địa bàn nghiên cứu 40

3.3 Hiện trạng sử dụng biogas tại các trang trại trên địa bàn 41

3.4 Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi tại các trang trại trên địa bàn huyện 42

3.4.1 Nhận thức của người chăn nuôi với công tác vệ sinh môi trường 42

3.4.2 Nhận thức của người chăn nuôi với sức khỏe con người 43

3.4.3 Thực trạng chất lượng môi trường 43

3.5 Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các khía cạnh năng lượng, môi trường, kinh tế xã hội 45

3.5.2 Lợi ích môi trường 46

3.5.3 Lợi ích về năng lượng 47

3.5.4 Lợi ích kinh tế 48

3.5.5 Lợi ích về nông nghiệp 50

3.6 Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lƣợng khí sinh học 52

3.6.1 Giải pháp quản lý 52

3.6.2 Giải pháp kỹ thuật 53

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 55

Kết luận 55

Khuyến nghị 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm 3 Bảng 1.2 Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm 4 Bảng 1.3 Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc 6 Bảng 1.4 Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm 7 Bảng 1.5 Một số chất men bổ sung 10

Bảng 1.6 Thời gian lưu của các loại nguyên liệu (ở 270C) 16 Bảng 1.7 Tỷ lệ cácbon và nitơ của một số chất 17 Bảng 1.8 Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học 18 Bảng 1.9: Tiềm năng biogas ở Việt Nam 22 Bảng 2.1: Phương pháp bảo quản mẫu trước khi đem phân tích 32 Bảng 2.2: Từng chỉ tiêu và phương pháp phân tích 32 Bảng 3.1: Số trang trại năm 2015 trên địa bàn huyện Thanh Liêm 34 Bảng 3.2 Số lượng gia súc huyện Thanh Liêm từ năm 2010-2015 35 Bảng 3.3 Sản lượng thịt trâu, bò, lợn hơi xuất chuồng huyện qua các năm 36 Bảng 3.4: Mô hình chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại 37 Bảng 3.5: Diện tích đất sử dụng tại các trang trại 37 Bảng 3.6: Phương thức chăn nuôi lợn đang áp dụng tại một số trang trại 39 Bảng 3.7: Loại thức ăn được sử dụng tại một số trang trại 40 Bảng 3.8 : Lượng chất thải chăn nuôi từ các hệ thống 40 Bảng 3.9: Tỷ lệ chất thải được xử lý trong các trang trại chăn nuôi 41 Bảng 3.10: Nhận thức của người dân về việc xử lý chất thải chăn nuôi lợn 42 Bảng 3.11 Chất lượng nước thải sau hệ thống xử lý tại 3 vị trí 44 Bảng 3.12 Kết quả khảo sát hàm lượng khí độc trong chuồng nuôi tại các trang trại

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Xây bể KSH composite và túi khí dự trữ 9 Hình 1.2 Chăn nuôi trên đệm lót sinh học 11 Hình 1.3 Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ 12 Hình 1.4.Quá trình lên men tạo Khí sinh học 14 Hình 1.5 Cấu tạo của hầm khí sinh học 19 Hình 1.6: Thiết bị có nắp chứa khí nổi 20

Hình 1.9: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.l 21 Hình 1.10: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.2 22 Hình 1.11: Vị trí địa lý của huyện Thanh Liêm 24 Hình 3.1 Tình hình phát triển số lượng trang trại ở huyện Thanh Liêm 35 Hình 3.2 Khoảng cách từ gia đình tới khu trang trại chăn nuôi lợn 43 Hình 3.3 Bếp gas sinh học của hộ bà Hương - xã Liêm Thuận 48 Hình 3.4 Mô hình lắp đặt máy phát điện hộ gia đình 49 Hình 3.5 Sơ đồ tổng quát quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh 51

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

COD Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

DO Nồng độ ôxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

KSH Khí sinh học

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)

Tổng N Tổng ni-tơ (Total Nitrogen)

Tổng P Tổng phốt-pho (Total Phosphogen)

VSV Vi sinh vật

Với lợi thế nước ta là nước nông nghiệp (Hơn 70% dân số sống ở vùng nông thôn), đời sống của người dân ở đây phụ thuộc vào nghề trồng trọt và chăn nuôi Nguồn phát thải phát sinh từ trồng trọt và chăn nuôi chính là nguồn nguyên liệu để sản sinh ra khí sinh học (biogas) Việc khai thác và sử dụng công nghệ Biogas - một nguồn năng lượng sạch, đã đóng góp phần quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng

và bảo vệ môi trường Đặc biệt, đối với vùng nông thôn, miền núi của chúng ta, việc nghiên cứu phát triển công nghệ Biogas là việc làm thiết thực góp phần cải thiện môi trường sống, thay đổi tập tục sinh hoạt và cải thiện đời sống của người nông dân, góp phần giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường ở nông thôn, hạn chế dịch bệnh và bảo vệ cho nguồn nước trong sạch Năng lượng Biogas còn được

sử dụng phát điện ở quy mô gia đình, bảo đảm cung cấp một phần điện năng, góp phần đáng kể cho sự phát triển ổn định, bền vững của hệ thống điện ở nước ta

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 Vi sinh vật phân huỷ các chất tổng hợp và khí được sinh ra Biogas là một hỗn hợp bao gồm

CH4, CO2, N2 và H2S Thành phần chủ yếu là CH4 chiếm 60-70% và CO2: 30-40%, các khí này có thể đốt cháy được Chất khí thoát ra bao gồm 2/3 khí metan, 1/3 khí CO2 và năng lượng khoảng 4500-6000 calo/m3 1m3 khí với mức 6000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hoa hay 2,2 kWh điện năng Có thể hy vọng Biogas sẽ là nguồn năng lượng chính trong tương lai nhằm giải quyết chất đốt sinh hoạt, bảo vệ môi trường và giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường bao gồm việc nâng cao sức khoẻ cho cộng đồng dân cư và phục vụ trực tiếp cho sản xuất nông nghiệp, ngoài ra còn có thể sử dụng cho các mục đích khác như: Lò sấy, đèn thắp sáng, máy sấy chuồng gia súc, dùng cho hệ thống đun

nước nóng, các tủ lạnh chạy bằng gas, chạy máy phát điện Theo Quy hoạch phát triển nguồn điện giai đoạn 2011-2010 có xét đến năm 2030 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016, cần ưu tiên phát triển năng lượng tái tạo, từng bước gia tăng tỷ trọng của điện năng sản xuất từ nguồn năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện

Thanh Liêm là huyện bán sơn địa, trong những năm gần đây, cơ cấu kinh tế của huyện dịch chuyển theo hướng tích cực: tỷ trọng nông nghiệp giảm, tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ tăng Ngành chăn nuôi có xu hướng tăng về tỷ trọng trong

cơ cấu nông nghiệp, cùng với đó là việc phát triển số bể biogas trên địa bàn Tuy nhiên cho đến nay vấn đề này vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể Chính vì vậy, việc

lựa chọn và thực hiện đề tài “Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí

sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh Liêm, tỉnh Hà Nam” là cần

thiết và có ý nghĩa khoa học và thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá được

tiềm năng nguồn năng lượng khí sinh học từ hoạt động chăn nuôi lợn tại các trang trại trên địa bàn huyện Thanh Liêm, trên cơ sở đó đề xuất giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này

Nội dung nghiên cứu:

- Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam;

- Nguồn thải phát sinh, thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất thải chăn nuôi lợn trên địa bàn nghiên cứu;

- Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi trên địa bàn huyện;

- Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các khía cạnh năng lượng, môi trường, kinh tế xã hội

- Đề xuất một số giải pháp khai thác và sử dụng hiệu quả năng lượng khí sinh học

P2O5, K2O, CaO, MgO phần lớn đều xuất hiện trong phân Tùy theo loại gia súc, thức ăn, độ tuổi, khẩu phần ăn khác nhau mà lượng phân thải ra cũng sẽ khác nhau

cả về khối lượng lẫn thành phần Gia súc ở những độ tuổi khác nhau có khả năng tiêu hoá và nhu cầu cơ thể khác nhau Do vậy, lượng phân thải ra trong một ngày đêm sẽ không giống nhau, cụ thể được thể hiện trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Lượng phân trung bình của gia súc trong một ngày đêm

Loại gia súc Phân, kg/con.ngđ Nước tiểu, l/con.ngđ

Bảng 1.2 Thành phần hóa học cơ bản của các loại phân gia súc, gia cầm

Đơn vị: % Phân loại

gia súc,

gia cầm Mức Nitơ P 2 O 5 K 2 O C/N

Trâu

Tối đa 0,358 0,205 1,600 20 Tối thiểu 0,246 0,115 1,129 18 Trung bình 0,306 0,171 1,360 19

Bò

Tối đa 0,380 0,294 0,992 19 Tối thiểu 0,302 0,164 0,424 17 Trung bình 0,341 0,227 0,958 18 Lợn

Tối đa 1,200 0,900 0,600 22 Tối thiểu 0,450 0,450 0,350 20 Trung bình 0,840 0,850 0,580 21

Gà

Tối đa 2,000 0,950 1,720 17 Tối thiểu 1,800 0,450 1,210 15 Trung bình 1,900 0,850 1,421 16

(Nguyễn Đức Lượng và ctv, 2003)

Ngoài ra, trong thành phần phân gia súc nói chung và phân lợn nói riêng còn chứa các loại vi rút, vi khuẩn, trứng giun sán… và nó có thể tồn tại vài ngày đến vài tháng bên ngoài môi trường gây ô nhiễm đất, nước đồng thời còn gây hại cho sức

khỏe của con người và vật nuôi

* Xác súc vật chết

Xác súc vật chết do bệnh luôn là nguồn gây ô nhiễm chính cần phải được xử

lý để nhằm tránh lây lan cho con người và vật nuôi

* Thức ăn thừa, vật liệu lót chuồng và các vật chất khác

Loại chất này có thành phần đa dạng gồm: Cám, bột ngũ cốc, bột tôm, bột

cá, các khoáng chất bổ sung, rau xanh, các loại kháng sinh, rơm rạ,…

* Nước thải chăn nuôi

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh gia súc, chuồng trại Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày…)

Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành công nghiệp khác (axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công nghiệp,…) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 – 80% gồm cellulose, protit, axít amin, chất béo, hydrat cacbon Các chất vô cơ chiếm

20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, amonium [7]

b Khí thải

Khí thải chuồng được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu gia súc, thức ăn dư thừa…Cường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, mật độ nuôi, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm

Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của vật nuôi NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do các vi sinh vật gây mùi hôi, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ nước tiểu [7] Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và tình trạng sức khỏe của vật nuôi Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2

1.1.2 Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe

a Ô nhiễm môi trường nước

Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá trình hô hấp của hệ thủy sinh vật Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi trường phân hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động xấu đến hệ sinh thái trong vùng Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất cân bằng sinh thái, cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ Con người, động vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu

Nhiều khu vực chăn nuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý mà thải trực tiếp ra môi trường bên ngoài (Kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung của khu vực) Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện

Công nghệ Môi trường Hà Nội [18] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại lợn

khu vực phía Bắc là rất cao

Bảng 1.3 Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc

pH T 0 C (mg/l) COD (mg/l) T-N N-NH 4 +

(mg/l) (mg/l) T-P (mg/l) SS Vĩnh Phúc 7,32 29 4590 967,3 870 295 9520

Hưng Yên 7,87 30,5 3584 202 158 54,9 1880

Thái Bình 7,3 30 2575 425 425 102 800

Hà Nội 7,5 32 7219 247 237 120 3200

(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)

Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng hoặc trứng giun sán Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những động vật khác

Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần chuồng nuôi Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, giàu Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất như: Axít amin, axít béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc hại Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm

Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể trong việc gây ô nhiễm môi trường nước

b Ô nhiễm môi trường không khí

Những khí thải trong chăn nuôi: NH3, H2S, CH4 và CO2 tạo nên mùi hôi thối trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, sức khỏe con người và các loài động vật khác

* Ảnh hưởng của khí NH3 [15]

Trong chăn nuôi lợn, lượng nước tiểu sinh ra chủ yếu là khí NH3 Chất khí này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng

khí quản và gây ho Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu, lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê Trong máu, NH3 bị ôxy hóa tạo thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận chuyển ôxy đến các cơ quan, làm cho trẻ bị xanh xao, trường hợp nặng có thể gây thiếu ôxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm được thể hiện trong Bảng 1.4

Bảng 1.4 Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm [15]

Người

Liên tục tiếp xúc > 6 –

20 ppm Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp

100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc

400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng

1720 ppm (<30 phút) Ho, co giật dẫn đến tử vong

700 ppm (<60 phút) Lập tức ngứa mắt, mũi và cổ họng

5000 – 10000 ppm (vài phút) Gây khó thở, ngạt thở, xuất huyết phổi, ngất, có thể tử vong

> 10000 ppm Tử vong

Lợn

> 10 ppm Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho

50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 -13%

61 ppm Giảm 5% lượng ăn

Gà > 30 ppm Giảm sản lượng trứng và thịt

30 ppm Gây hội chứng viêm phổi

(Dương Nguyên Khang, 2004)

* Ảnh hưởng của khí H2S

H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kị khí chất thải H2S là khí kích thích và gây ngạt Các phản ứng kích thích trực tiếp vào mô gây viêm màng kết Hít phải H2S sẽ gây kích thích đối với toàn bộ cơ quan hô hấp và có thể mắc các bệnh về phổi Ở 1.500 - 3.000 mg/m3 , H2S sẽ hấp thụ từ phổi vào máu gây

thở gấp và kìm hãm hoạt động hô hấp [15] Ở nồng độ cao hơn, H2S ngay lập tức làm tê liệt trung tâm hô hấp Thông thường nạn nhân sẽ chết do ngạt thở trừ khi được hô hấp nhân tạo kịp thời Đây là ảnh hưởng độc hại đáng chú ý nhất của độc tính cấp của Hydrosulphur theo đường hô hấp cao, sự kích thích mắt xảy ra ở nồng

độ 15-30 mg/m3 [15]

* Ảnh hưởng của khí CH4

Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu

cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi CH4 là khí không màu, không mùi, có thể cháy Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở

do thiếu ôxy Nếu tiếp xúc với CH4 ở nồng độ 40000 mg/m3 sẽ dẫn đến tai biến cấp tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm… Khi hít thở CH4 với nồng độ lên đến 60000 mg/m3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng làm nguồn năng lượng [15]

* Ảnh hưởng của CO2

CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy Trong không khí, nồng độ

CO2 khoảng 0,3 – 0,4% Nồng độ CO2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ,

độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất thải

Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể ngất Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị giác Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập Khi nồng độ CO2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong [15]

* Ảnh hưởng của bụi

Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và gia súc Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da Bụi mang theo các chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh Khi người tiếp xúc với bụi sẽ

bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (Hạt bụi

nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối loạn hô hấp và tổn

thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể người [15]

c Ô nhiễm môi trường đất

Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,…Những thực phẩm này làm thức ăn cho người

và động vật rất nguy hiểm Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,…

1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi

Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi Trong đó, việc quy hoạch và giám sát quy hoạch cả tổng thể và chi tiết chăn nuôi là biện pháp quan trọng có tầm chiến lược Kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi là áp dụng các phương pháp lý học, hóa học và sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường [23]

a Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas (Hệ thống khí sinh học)

Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng loại hầm (công trình) khí sinh học cho phù hợp Xử lý chất thải chăn nuôi bằng công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại

Hình 1.1 Bể KSH composite và túi khí dự trữ

Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau:

Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng;

Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống; Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng phân từ phụ phẩm KSH thay thế phân bón hóa học Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà lượng lớn chất thải chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả

b Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học

* Xử lý môi trường bằng men sinh học:

Dùng bổ sung vào nước thải, dùng phun vào chuồng nuôi, vào chất thải để giảm mùi hôi, dùng trộn vào thức ăn…

Một số men bổ sung làm giảm ô nhiễm trong chăn nuôi được thể hiện trong Bảng 1.5

4 Kemzym Enzym tiêu hóa Tăng hấp thụ TA giảm bài

tiết chất DD qua phân

Thái Lan, Đức

5 Pyrogreen Hóa sinh thiên

nhiên

Giảm khả năng sinh NH3 Hàn Quốc

6 Yeasac Tế bào men

Sacharomyces

Tăng hấp thụ TA giảm bài tiết chất DD qua phân

Đức, Thái Lan

7 Lavedae Hóa chất Diệt dòi phân Thái Lan,

Đức

8 DK,

Sarsapomin 30

Chất chiết từ thảo mộc

Giảm khả năng sinh NH3 Hoa Kỳ

* Chăn nuôi trên đệm lót sinh học

Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản (Phôi bào, mùn cưa…) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (Thân cây ngô, đậu, rơm, rạ, trấu, vỏ cà phê… ) cắt nhỏ để làm đệm lót có bổ sung chế phẩm sinh học Sử dụng chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu” với mong muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và tiêu diệt vi sinh vật có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Hình 1.2 Chăn nuôi trên đệm lót sinh học

Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ Tuy nhiên điều đáng lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát, tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm

c Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ (Compost)

Xử lý chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu bã phế thải thực vật, phân của động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật phân hủy và làm tăng cao chất lượng của sản phẩm, tạo nên phân bón hữu cơ giàu chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng Người ta chọn chỗ đất không ngập nước,

trải một lớp rác hoặc bã phế thải trồng trọt dầy khoảng 20cm, sau đó lót một lớp phân gia súc hoặc gia cầm khoảng 20-50% so với rác (Có thể tưới nếu phân lỏng, mùn hoai), tưới nước để có độ ẩm đạt 45-50% rồi lại lại trải tiếp một lớp rác, bã phế thải trồng trọt lên trên… đến khi đống ủ đủ chiều cao (Không sử dụng cỏ tranh, cỏ gấu để ủ) Dùng tấm ni lông, bạt… đủ lớn để che kín đống phân ủ Cứ khoảng một tuần đảo đều đống phân ủ và bổ sung nước cho đủ độ ẩm khoảng 45-50%, che ni long, bạt kín lại như cũ Ủ phân bằng phương pháp này hoàn toàn nhờ sự lên men tự nhiên, không chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu (Tuy nhiên nếu được bổ sung men vào đống ủ thì tốt hơn)

Hình 1.3 Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ

Trong phân ủ có chứa chất mùn làm đất tơi xốp, tăng dung lượng hấp thụ khoáng của cây trồng, đồng thời có tác dụng tốt đến hệ vi sinh vật có ích trong đất Phân ủ còn có tác dụng tốt đối với tính chất lý hoá học và sinh học của đất, không gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường sinh thái

d, Xử lý bằng công nghệ ép tách phân

Dựa trên nguyên tắc “lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất rắn mà có các lưới lọc phù hợp Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất rắn được giữ lại, ép khô và ra ngoài để xử lý riêng còn lượng nước theo đường riêng chảy ra ngoài hoặc xuống hầm KSH xử lý tiếp Độ ẩm của sản phẩm (Phân khô) có thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng Quá trình xử lý này tuy đầu tư ban đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một

trong những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi lợn, trâu bò theo hướng công nghiệp hiện nay

e, Xử lý nước thải bằng ô xi hóa

Phương pháp này thường được dùng đối với các bể lắng nước thải

- Xử lý bằng sục khí

Ở các bể gom nước thải (Không phải là KSH) người ta dùng máy bơm sục khí xuống đáy bể với mục đích làm cho các chất hữu cơ trong nước thải được tiếp xúc nhiều hơn với không khí và như vậy quá trình ô xi hóa xảy ra nhanh, mạnh hơn Đồng thời kích thích quá trình lên men hiếu khí, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất khí độc sinh ra trở thành các chất ít gây hại tới môi trường Sau khi lắng lọc nước thải trong hơn giảm ô nhiễm môi trường và có thể dùng tưới cho ruộng đồng

vi rút, vi khuẩn, nấm mốc và khử mùi trong dung dịch chất thải So với phương pháp sục khí thì phương pháp này có tốn kém hơn nhưng hiệu quả hơn

- Xử lý bằng Hiđrô perôxit H202

Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) thường được ứng dụng rộng rãi như: Tẩy rửa vết thương trong y tế, làm chất tẩy trắng trong công nghiệp,chất tẩy uế, chất ôxi hóa…Người ta cũng có thể bổ sung Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) vào trong nước thải để xử lý môi trường Ô-xi-già là một chất ô xi hóa-khử mạnh Thông thường ô-xi-già phân hủy một cách tự nhiên theo phản ứng tỏa nhiệt thành nước và khí ôxy như sau: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 + Nhiệt lượng Trong quá trình phân hủy (phản ứng xảy ra mạnh mẽ khi có xúc tác), đầu tiên ô xi nguyên tử được tạo ra và tồn tại trong thời gian rất ngắn rồi nhanh chóng thành khí ô xi O2 Ôxi nguyên tử có tính ôxi hóa rất mạnh vì vậy đã ô xi hóa các chất hữu cơ, diệt khuẩn, khử mùi hiệu quả trong

dung dịch chất thải Bổ sung ô-xi-già vào nước thải xử lý môi trường tuy có tốn kém chút ít nhưng hiệu quả cao

1.2 Tổng quan về khí sinh học

1.2.1 Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học

Quá trình phân huỷ tạo khí mêtan là một quá trình phức tạp gồm 3 giai đoạn chính với sự tham gia của nhiều loài VSV khác nhau, sản phẩm cuối cùng của quá trình là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học mà thành phần chủ yếu là khí CH4

Phương trình tổng quát của quá trình lên men được biểu diễn trong Hình 1.4:

* Giai đoạn thuỷ phân

Ở giai đoạn này, các vi khuẩn (VK) lên men và thuỷ phân tiết ra một loại men (gọi là men hydrolaza) phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp, không tan thành các chất hữu cơ đơn giản và tan được Ví dụ: Các chất cacbohydrat (chủ yếu là

(1.4)

Hình 1.4 Quá trình lên men tạo Khí sinh học

đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin dễ tan trong nước Như vậy các chất cao phân tử đã chuyển hoá thành các chất đơn phân tử, sau đó lại được lên men thành những chất trung gian mà chủ yếu là axetat, propionat và butyrat

* Giai đoạn sinh axit

Với sự có mặt của các loài VK sinh axit, các axit béo bậc cao và axit amin thơm được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân huỷ thành các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn như các axit axetic, axit propionic, axit butyric Các aldehyt, rượu

và một số loại khí như nitơ, hydro, cácbonic, amoniac

Cả giai đoạn thuỷ phân và giai đoạn sinh axit nhu cầu oxy sinh học (BOD) bằng không, ở giai đoạn này do sinh nhiều axit nên độ pH của môi trường giảm mạnh

* Giai đoạn sinh mêtan

Đây là giai đoạn quan trọng của toàn bộ quá trình, dưới tác dụng của các vi khuẩn sinh mêtan các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác như axit axetic, axit fomic, hydrocid cácbon Biến thành khí mêtan, khí cácbonic, oxy, nitơ, khí sunfua hydro

* Mối quan hệ giữa các quá trình lên men

Trong thực tế 3 giai đoạn trên xảy ra song song và đồng bộ với nhau Sản phẩm sinh ra ở giai đoạn này được sử dụng làm cơ chất cho giai đoạn sau Nếu vì lý

do nào đó mà các giai đoạn không ăn khớp với nhau sẽ phá vỡ cân bằng động của quá trình và ảnh hưởng rất lớn đến năng suất các sản phẩm cuối cùng của quá trình Như trong trường hợp axit sinh ra quá nhiều ở pha đầu, mà các vi khuẩn sinh mêtan không tiêu thụ kịp, dẫn đến lượng axit của môi trường tăng, độ pH giảm mạnh, ức chế quá trình hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan và nếu quá nhiều sẽ làm cho quá trình phân huỷ ngừng hẳn

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH

Quá trình phân huỷ tạo KSH chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Những yếu tố quan trọng nhất và cần thiết trong xây dựng, vận hành thiết bị, đảm bảo cho thiết bị vận hành ổn định và sản sinh ra lượng KSH như mong muốn gồm

a Mức độ kỵ khí

Sự có mặt của oxy hoà tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong đó các vi khuẩn sinh mêtan là những VK quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các VK này, vì vậy phải đảm bảo điều kiện kỵ khí tuyệt đối của môi trường lên men

b Nhiệt độ

Hoạt động của VK sinh mêtan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ [1] Trong điều kiện vận hành đơn giản, nhiệt độ lý tưởng vào khoảng 350C Sản lượng khí giảm rõ rệt khi nhiệt độ môi trường giảm, dưới 100C quá trình sinh mêtan hầu như ngừng hẳn

Các VK sinh mêtan không chịu được sự thay đổi nhiệt độ quá nhiều trong ngày Điều này sẽ làm giảm sản lượng khí Vì vậy vào mùa đông cần phải giữ ấm cho thiết bị, thậm chí đối với những vùng lạnh cần phải đảm bảo cách nhiệt tốt cho quá trình lên men Đôi khi ở những quá trình lên men nhanh người ta phải gia nhiệt cho dịch lên men để giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men

c Độ pH

Độ pH tối ưu với hoạt động của VK là 6,8 - 7,5 tương ứng với môi trường hơi kiềm Tuy nhiên VK sinh mêtan vẫn có thể hoạt động được trong giới hạn độ pH từ 6,5 - 8,5

d Thời gian lưu

Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị phân huỷ Đây là khoảng thời gian dịch lên men phân huỷ hoàn toàn và tạo ra khí sinh học

Đối với phân động vật thời gian phân huỷ có thể kéo dài tới hàng tháng Đối với nguyên liệu thực vật, thời gian này kéo dài tới hàng năm

Loại phân Trâu, bò Lợn Gia cầm Người

Thời gian lưu (ngày) 50 40 30 60 Đối với thiết bị KSH hoạt động liên tục, thời gian lưu càng lớn thì khí thu

dựa trên đặc điểm thời tiết của khu vực và loại nguyên liệu nạp của địa phương Ở những vùng có nhiệt độ trung bình cao có thể chọn thời gian lưu ngắn hơn và ngược lại

f Tỷ lệ cácbon và nitơ của nguyên liệu (C/N)

Các chất hữu cơ được cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học trong đó chủ yếu

là cacbon (C), hydrô (H), nitơ (N), phôtpho (P) và lưu huỳnh (S)

Tỷ lệ giữa trọng lượng cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu

là một chỉ tiêu để đánh giá khả năng phân huỷ của nó Vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ cacbon nhiều hơn nitơ khoảng 30 lần Vì vậy tỷ lệ C/N của nguyên liệu bằng 30/1 là tối ưu Tỷ lệ này quá cao thì quá trình phân huỷ xảy ra chậm Ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá trình phân huỷ ngừng trệ vì tích luỹ nhiều amôniắc là một độc tố đối với vi khuẩn ở nồng độ cao

Nói chung phân trâu, bò có tỷ lệ C/N thích hợp Phân người và gia cầm có tỷ

lệ C/N thấp Các nguyên liệu thực vật tỷ lệ này lại cao, nguyên liệu càng già thì tỷ lệ này càng cao Để đảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp đối với các loại nguyên liệu này ta nên dùng hỗn hợp nhiều nguyên liệu

Chất thải Tỷ lệ (C/N) Thực vật Tỷ lệ (C/N)

Phân bò 24 - 25 Bèo tây tươi 12 - 25 Phân trâu 24 - 25 Rơm, rạ khô 48 - 117 Phân lợn 12 - 13

Phân gia cầm 5 - 15

Phân người 2,9 - 10

g Các độc tố

Hoạt động của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số các độc tố Trong thực tế các loại thuốc hoá học như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc sát trùng, các chất kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn Không được phép đổ vào các thiết

bị KSH

Tóm tắt các điều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất khí sinh học được cho ở bảng dưới đây

Bảng 1.8 Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học

TT Yếu tố ảnh hưởng Giá trị tối ưu

a Nguyên lý hoạt động của các thiết bị khí sinh học

Nguyên liệu (phân gia súc, phân người, gia cầm, ) được đưa vào bể nạp liệu trộn khuấy đều với nước và theo ống nạp vào bể phân hủy Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra trong bể phân hủy Khí sinh học tạo ra đẩy lên phía trên mặt thoáng của hỗn hợp nguyên liệu - nước trong bể phân hủy Phần bã sẽ thải theo ống dẫn vào bể

chứa nước thải

Có hai phương thức hoạt động chủ yếu là: Hoạt động theo mẻ và hoạt động liên tục

* Hoạt động theo mẻ (không liên tục): Toàn bộ nguyên liệu nạp đầy vào thiết bị

một lần Mẻ nguyên này phân huỷ dần và cho khí sử dụng Sau một thời gian đủ để

toàn bộ nguyên liệu được lấy đi và thay vào một mẻ nguyên liệu mới Đối với thiết

bị hoạt động từng mẻ có thể không cần lối vào và lối ra

* Hoạt động liên tục: Nguyên liệu được nạp đầy một lúc mới đưa thiết bị vào làm

việc Sau đó một thời gian ngắn, nguyên liệu được bổ sung thường xuyên vào thiết

bị qua lối vào Một phần nguyên liệu phân huỷ được lấy đi theo lối ra để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung

b Các bộ phận chính của thiết bị KSH

Hình 1.5 Cấu tạo của hầm khí sinh học

1 Bể phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu và đảm bảo điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ kị khí xảy ra

2 Bộ tích khí: Khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ở đây Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa kín tuyệt đối

3 Đầu vào: Là nơi để nạp nguyên liệu bổ sung vào bể phân huỷ

4 Đầu ra: Nguyên liệu sau khi đã phân huỷ được lấy ra qua đây để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào

5 Đầu lấy khí: Khí được đưa vào sử dụng qua lối này

6 Bể điều áp (riêng với thiết bị nắp cố định)

c Phân loại thiết bị KSH

Căn cứ theo cách thu tích khí, thiết bị KSH được chia thành 3 loại chính:

- Thiết bị có nắp chứa khí nổi: có bộ tích khí là một nắp úp vào phía trên bể phân huỷ và có thể nổi lên hoặc chìm xuống tuỳ theo lượng khí tích trong đó

Hình 1.6: Thiết bị có nắp chứa khí nổi

- Thiết bị có bộ phận tích khí kết hợp với bể phân huỷ

+ Thiết bị nắp cố định: Có bộ tích khí là phần trên gắn liền với phần phân huỷ ở dưới tạo thành bể phân huỷ Ngoài bể phân huỷ, thiết bị còn có bể điều áp nối với đầu ra của bể phân huỷ

Hình 1.7 Thiết bị nắp cố định

+ Thiết bị túi chất dẻo: Một biến thể của thiết bị nắp cố định, được chế tạo bằng túi chất dẻo

Hình 1.8 Thiết bị túi chất dẻo

- Thiết bị có bộ phận tích khí tách riêng: Bộ tích khí tách riêng với bể phân huỷ

Hiện nay công nghệ Biogas theo hai mô hình KT1 và KT2 là khá phổ biến bên cạnh đó một số đơn vị có cải tiến các mô hình này như Viện Khoa học năng lượng, v.v nhằm nâng cao hiệu quả của việc sử dụng năng lượng biogas Dự án áp dụng công nghệ khí sinh học nắp cố định vòm cầu kiểu KT1 và KT2 có thể tích phân giải từ 4,2 m3 đến 48,8m3 KT1 và KT2 là hai thiết kế mẫu được xây dựng theo tiêu chuẩn ngành 10TCN 492:499-2003 và 10TCN 97:102-2006 do Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành

Hình 1.9 Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.l

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

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 1.10: Thiết bị khí sinh học nắp cổ định kiểu KT.2

1.2.4 Tiềm năng Biogas trên thế giới và Việt Nam

* Trên Thế giới

Việc giá dầu thô liên tục tăng đã gây sức ép đối với các nhà khoa học thế giới trong việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu mới Và biogas hiện đang được coi là một lời giải hoàn hảo cho bài toán kinh tế đồng thời cũng làm vừa lòng các nhà hoạt động môi trường

Các nhà môi trường học đã kết luận, quá trình sản xuất biogas giảm tới 40% khí thải cacbonic do được sản xuất thông qua quá trình phân huỷ các chất thải hữu

cơ của ngành nông nghiệp, lâm nghiệp và các hoạt động sinh hoạt của con người

Năm 1884, nhà Bác học Pháp Louis Pasteurs tiên đoán: "Biogas sẽ là nguồn

nhiên liệu thay thế cho than đá trong tương lai"

Nhưng tới khi khoa học kỹ thuật phát triển như ngày nay, biogas mới bắt đàu được chú ý Nguyên nhân quan trọng thu hút sự quan tâm của giới nghiên cứu tới biogas là cách thức và nguyên liệu để sản xuất ra nó

* Tại Việt Nam

Bởi 70% dân số Việt Nam sống ở nông thôn, nên nguồn khí biogas được xem là rất dồi dào Đây là vấn đề quan trọng trong việc tiết kiệm nguồn năng lượng dầu mỏ hiện nay

Bảng 1.9 Tiềm năng biogas ở Việt Nam [13]

Nguồn nguyên liệu Tiềm năng (triệu m 3 ) Dầu tương đương (triệu TOE)

Tỉ lệ (%)

Phụ phẩm cây trồng 1788,973 0,894 36,7

2 Phụ phâm các cây trông khác 318,840 0,109 6,5

Chất thải của gia súc 3055,678 1,525 63,3

Việc sử dụng biogas không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng, mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đây là nguồn năng lượng tái sinh làm giảm hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển Tại Việt Nam, việc tìm kiếm những nguồn nhiên liệu sạch với môi trường cũng đã được quan tâm nhiều hơn Trong tương lai, rất

có thể biogas cũng sẽ là một sự lựa chọn thực sự thân thiện với môi trường

Nguồn khí sinh học (biogas) từ bãi rác chôn lấp, phân động vật, phụ phẩm nông nghiệp hiện mới đang được ứng dụng trong đun nấu Lí do, đây là nguồn phân tán, ít sản xuất điện Ước tính cả nước có chừng 35000 hầm biogas phục vụ cho đun nấu gia đình với sản lượng 500 - 1000 m3 khí/ năm mỗi hầm Tiềm năng lý thuyết của biogas ở Việt Nam là khoảng 10 tỉ m3/ năm (1 m3 khí tương đương 0,5

kg dầu) Hiện tại đang có một số thử nghiệm dùng biogas để phát điện

1.3 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

1.3.1.1 Vị trí địa lý

Thanh Liêm là một huyện bán sơn địa, nằm ở phía Tây Nam của tỉnh Hà Nam Trung tâm huyện cách thành phố Phủ Lý 4km, cách Thủ đô Hà Nội 60km trên tuyến đường giao thông xuyên Việt quan trọng vào bậc nhất của cả nước

- Phía Bắc giáp huyện Kim Bảng, huyện Duy Tiên và Thành phố Phủ Lý

- Phía Nam giáp huyện Ý Yên tỉnh Nam Định và huyện Gia Viễn tỉnh Ninh Bình

- Phía Đông giáp huyện Bình Lục

- Phía Tây giáp huyện Lạc Thuỷ, tỉnh Hoà Bình

Toàn huyện có 17 đơn vị hành chính cấp xã với tổng diện tích tự nhiên là: 16491,4ha

Thanh Liêm có hệ thống giao thông gồm Quốc lộ 1A, 21A, sông Đáy, sông Châu Giang là những tuyến giao thông đường bộ, đường thuỷ quan trọng thuận lợi cho việc tiếp cận với vùng kinh tế trọng điểm của các tỉnh phía Bắc Thanh Liêm có dải núi đá vôi ở phía Tây sông Đáy, có trữ lượng lớn và dãy núi phía Đông Quốc lộ 1A có hàm lượng sét cao, là tiềm năng, thế mạnh của Thanh Liêm trong quá trình phát triển công nghiệp, sản xuất vật liệu xây dựng

1.3.1.2 Địa hình, địa mạo

Thanh Liêm thuộc vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng nhưng lại tiếp giáp với dải đá vôi trầm tích nên địa hình Thanh Liêm tương đối đa dạng, bao gồm cả vùng núi, vùng bán sơn địa và vùng đồng bằng, trong đó chủ yếu là vùng chiêm trũng

Toàn huyện có 7 xã miền núi và 1 thị trấn (thị trấn Kiện Khê, Thanh Thuỷ, Thanh Tân, Thanh Nghị, Thanh Hải, Thanh Lưu, Liêm Sơn và Thanh Tâm) Với địa hình của Thanh Liêm như vậy cho nên nền kinh tế nông nghiệp phát triển đa dạng kết hợp với kinh tế đồi rừng và phát triển công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng Cần có quy hoạch, kế hoạch để phát huy những lợi thế và khắc phục khó khăn

1.3.1.3 Khí hậu

Thanh Liêm nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều thuộc tiểu khí hậu vùng đồng bằng Bắc Bộ chịu ảnh hưởng sâu sắc của gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam, đặc điểm nổi bật nhất là sự tương phản giữa mùa đông và mùa hè, cả về tính chất phạm vi và cường độ của các trung tâm khí áp, các khối không khí thịnh hành và hệ thống thời tiết kèm theo cũng thay đổi theo mùa

* Về mưa

- Thanh Liêm thuộc khu vực có lượng mưa trung bình Lượng mưa trung bình hàng năm khoảng gần 1.700 mm, năm mưa nhiều khoảng 2.100 mm, năm mưa

ít khoảng 1.500 mm Có hai mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô

- Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, lượng mưa chiếm khoảng 80% lượng mưa cả năm, có năm đến 90% Cá biệt có năm mùa mưa kết thúc muộn, tháng 11 còn có mưa lớn Các tháng có mưa nhiều là tháng 7,8,9 Mưa nhiều, tập trung gây ngập úng làm thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp, nhất là khi mưa lớn kết hợp với bão và nước sông dâng cao

- Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa chiếm khoảng 20% lượng mưa cả năm Các tháng ít mưa nhất là tháng 12, 1, 2 có tháng hầu như không

có mưa Tuy nhiên những năm có mưa muộn đã ảnh hưởng đến việc gieo trồng vụ đông, mưa sớm lại ảnh hưởng đến thu hoạch vụ chiêm

* Về nhiệt độ

Nhiệt độ trung bình năm dao động từ 23,5oC đến 24oC

Về mùa đông, nhiệt độ trung bình là 18,9oC Các tháng lạnh nhất trong năm

Dòng chảy mặt từ sông Đáy, sông Châu hàng năm đưa vào địa bàn huyện khoảng hàng tỷ m3 nước Dòng chảy ngầm chuyển qua lãnh thổ cũng giúp cho Thanh Liêm luôn luôn được bổ sung nước ngầm từ các vùng khác Nước ngầm ở Thanh Liêm tồn tại trong nhiều tầng và chất lượng tốt, đủ đáp ứng cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội

Điều kiện khí hậu, thủy văn trên đây rất thuận lợi cho phát triển một nền nông nghiệp sinh thái đa dạng, với nhiều loại động thực vật nhiệt đới, á nhiệt đới và

ôn đới Mùa hạ có nắng và mưa nhiều, nhiệt độ và độ ẩm cao, thích hợp với các loại vật nuôi cây trồng nhiệt đới, các loại cây vụ đông có giá trị hàng hóa cao và xuất khẩu như cà chua, dưa chuột,… Điều kiện thời tiết khí hậu cũng thuận lợi cho phát triển các ngành công nghiệp, thương mại, du lịch, dịch vụ cũng như cho các hoạt động văn hóa xã hội và đời sống sinh hoạt của dân cư Vào mùa xuân và mùa hạ có nhiều ngày thời tiết mát mẻ, cây cối cảnh vật tốt tươi rất thích hợp cho các hoạt động lễ hội du lịch

1.3.2 Thực trạng môi trường tự nhiên trên địa bàn huyện Thanh Liêm

- Môi trường nước:

+ Nguồn nước mặt tại các sông, hồ có dấu hiệu bị ô nhiễm và đang có xu hướng tăng lên, đặc biệt ở những khu vực đông dân cư tốc độ phát triển kinh tế cao, khu vực khai thác đá Nguyên nhân bị ô nhiễm là do tất cả các loại nước thải hầu như không qua xử lý hoặc xử lý không tốt đều đổ ra sông, hồ