Xử lý ô nhiễm môi trường và tạo khí sinh học làm nhiên liệu phục vụ sản xuất từ chất thải chăn nuôi lợn docx

Xử lý ô nhiễm môi trường và tạo khí
sinh học làm nhiên liệu phục vụ sản
xuất từ chất thải chăn nuôi lợn
Theo số liệu thống kê năm 2007, khu vực miền Trung - Tây Nguyên có 3.827 trang
trại chăn nuôi gia súc và gia cầm với trên 983.400 con trâu, 3.205.700 con bò,
7.524.000 con lợn và trên 72 triệu gia cầm.
1. Đặt vấn đề
Chỉ tính riêng cho loại chất thải rắn của gia súc một năm thải vào môi trường 50 triệu
m3. Trong các trang trại chăn nuôi lợn quy mô công nghiệp, vấn đề ô nhiễm môi
trường do chất thải rắn, nước thải đã và đang gây ô nhiễm môi trường rất cần được
quan tâm. Trước thực trạng đó, các nhà khoa học đã đề xuất và áp dụng nhiều biện
pháp xử lý chất thải gây ô nhiễm môi trường. Một trong những biện pháp là xây lắp bể
khí sinh học (Biogas) để xử lý chất thải chăn nuôi. Hiện nay, số lượng bể Biogas ở
Việt Nam đạt 140.000 bể tại 53 tỉnh thuộc các vùng khác nhau trong cả nước. Vấn đề
lắp đặt bể Biogas xử lý ô nhiễm nước thải chăn nuôi không phải là mới. Tuy nhiên,
theo nghiên cứu qua một số tài liệu trong nước, hầu hết các loại bể Biogas được xây
dựng với quy mô nhỏ phục vụ cho các hộ gia đình nông thôn, kết cấu hầm bằng vật
liệu gạch, xi măng hay các dạng túi nilon. Vì vậy, chúng tôi đã tiến hành lắp đặt hệ
thống xử lý nước thải với công suất 120 -150m3/ngày đềm vừa xử lý ô nhiễm môi
trường và tái tạo năng lượng khí sinh học phục vụ sản xuất.
2. Lắp đặt hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường và tạo khí sinh học làm nhiên liệu phục
vụ sản xuất từ chất thải chăn nuôi.
• Chất thải chăn nuôi lợn
Thực tế, Xí nghiệp chăn nuôi lợn thuộc Công ty cao su Lệ Ninh (Quảng Bình) với đàn
lợn thay đổi từ 4.500 - 6.000 con. Kết quả khảo sát tại Xí nghiệp cho thấy, lượng chất
thải rất lớn cụ thể là:
Lượng nước sử dụng vào mục đích là rửa chuồng trại, tắm mát cho lợn vào mùa hè tối
đa 150m3/ngày và mùa đông là 80m3/ngày. Trong quá trình vệ sinh chuồng, nước thải
và chất thải rắn hòa chung với nhau và được dẫn theo mương đổ vào hồ chứa của
Xí nghiệp chăn nuôi.
Trong quá trình nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn, chúng

tôi tiến hành lấy mẫu và phân tích chất thải qua các thời gian từ 17/7 - 28/8 với kết
quả như sau:
Phân lợn và hỗn hợp chất thải của nó rất thích hợp cho lên men kỵ khí. Mặt khác, vi
sinh vật ky khí thường sử dụng nguồn hữu cơ cacbon nhanh hơn sử dụng nitơ khoảng
30 lần (tỷ lệ C/N là 30/1). Chất thải chăn nuôi phân lợn có tỷ lệ C/N nằm trong giới
hạn này nên được xem là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất CH4. Chất thải từ Xí
nghiệp chăn nuôi lợn tỷ lệ C/N khoảng 20/1 có thể áp dụng phương pháp sinh học để
xử lý nước thải. Thông qua kết quả nghiên cứu và tham khảo tài liệu của các nhà khoa
học trong, ngoài nước, chúng tôi đề xuất quy trình công nghệ xử lý chất thải chăn nuôi
(Sơ đồ 1).

• Xác định các thông số làm cơ sở thiết kế bể Biogas

Bể Biogas hoạt động có hiệu quả phụ thuộc nhiều yếu tố như độ pH, nhiệt độ, tỷ lệ
C/N, lượng chất thải hàng ngày và một số yếu tố khác. ứng dụng phương pháp lên
men ky khí xử lý chất thải chăn nuôi đòi hỏi đáy bể Biogas đạt độ sâu nhất định (4 -
7m), đồng thời đặt trên mực nước ngầm. Thực tế cho thấy, chất thải chăn nuôi lợn là
hỗn hợp bao gồm phân tươi, nước tắm và rửa chuồng lợn. Theo số liệu cung cấp của
Xí nghiệp, lượng chất thải phụ thuộc theo mùa (bảng 1) do đó khối lượng chất thải
vào bể Biogas bình quân 120m3/ngày.
Theo kết quả khảo sát và thăm dò ý kiến nhân dân trong khu vực, mực nước ngầm tại
vị trí dự kiến xây dựng hầm Biogas ở độ sâu âm 2,5m so với mặt đất hiện tại. Mặt nền
đá gốc chứa tầng nước ngầm là đá vôi với độ sâu âm 2 - 3m so với mặt đất tự nhiên.
Đồng thòi, tại vị trí dự kiến xây dựng thấp hơn mặt bằng chung của Xí nghiệp chăn
nuôi không thể di chuyển đến bất cứ vị trí nào trong khuôn viên của Xí nghiệp. Các
điều kiện nêu ở trên rất khó khăn cho công tác triển khai xây lắp bể Biogas dung tích
lớn. Để tiến hành thử nghiệm xây dựng bể Biogas đạt hiệu quả cao cần xử lý một số
yếu tố tác động sau: Ngăn cách đáy hầm với nước ngầm trong khu vực; Ngăn nước
chảy tràn vào hầm khi mùa mưa đến; Tăng nhiệt độ trong hầm để tăng khả năng sinh
khí quá trình phân hủy chất thải.

Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi tập trung nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi
lợn bằng phương pháp sinh học lên men yếm khí kết hợp với hiếu khí. Quá trình xử lý
yếm khí được thực hiện trong các hầm sinh khí Biogas. Khí Biogas sinh ra trong quá
trình lên men, được thu hồi và tái sử dụng làm năng lượng thay dầu DO đốt lò hơi
phục vụ sản xuất cho Nhà máy chế biến thức ăn gia súc thuộc Công ty cao su Lệ Ninh.
• Một số vấn đề cần chú ý khi lắp đặt và vận hành bể Biogas dung tích lớn
Theo kết quả tính toán với lượng chất thải 120-150m3/ngày với thòi gian sinh khí 30
ngày thì dung tích bể chứa đạt 4.500m3. Vật liệu xây dựng bể Biogas sử dụng loại
màng chống tia bức xạ mặt trời HDPE thay thế các loại vật liệu truyền thống như xi
măng, cát, đá mà từ trước đến nay nước ta vẫn thường sử dụng. Một ưu việt dễ nhận
thây sử dụng màng HDPE xây dựng bể Biogas có khả năng chống thấm tốt và kín.
Khi xây lắp bể Biogas dung tích lớn cần lưu ý là tạo ra dòng chảy khuấy trộn trong bể.
Quá trình lên men ky khí sẽ tạo nên lớp váng bề mặt ngăn cản sự thoát khí vào buồng
chứa khí. Vì vậy, thông thường người ta hay sử dụng các thiết bị khuấy, đảo để phá
váng bề mặt. Để tạo ra dòng chảy trong bể, quan trọng nhất là vị trí và cao trình đặt
ống dẫn chất thải vào bể và ống thoát nước thải sau bể Biogas. Bể Biogas quy mô lớn
được vận hành liên tục cụ thể là nạp nguyên liệu và lấy chất thải ra khỏi bể được tiến
hành liên tục. Bể Biogas sẽ hoạt động ổn định sau 30 ngày kể từ lúc bắt đầu vận hành
sẽ tạo ra lượng khí trên 1.500m3.

• Hệ thống xử lý nước thải sau khi qua bể Biogas
• Theo cơ sở thực tế và lý thuyết tính toán, nước thải chăn nuôi sau khi đi qua bể
Biogas hàm lượng BOD, COD giảm đáng kể và tiếp tục chảy vào hồ hiếu khí. Hồ
hiếu khí với tổng diện tích 40m x 60m, độ sâu mực nước thải tại hồ hiếu khí là 0,7m.
Nước thải sau bể Biogas vào hồ hiếu khí các chất bẩn hữu cơ ở dạng hòa tan, phân tán
nhỏ được hấp thụ lên bề mặt tế bào vi khuẩn, sau đó chúng được chuyển hóa và phân
hủy. Nước thải từ hồ hiếu khí được dẫn vào hồ sinh học thông qua mương đất ướt.
Mương đất ướt tiếp tục góp phần giảm đáng kể hàm lượng amoni trong nước thải.
Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu đều đạt tiêu chuẩn cho phép theo quy chuẩn Việt Nam.
Chỉ tiêu Sunfat còn cao hơn so với quy chuẩn.

3. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị tách hơi nước, khí H2S, NH3 tăng CH4 đốt lò
hơi phục vụ sản xuất

Đường thu khí sinh học từ bể Biogas có đường kính no mm, dài 450 m từ hệ thống xử
lý nước thải đến lò hơi nhà máy chê biến thức ăn gia súc. Trong hỗn hợp khí sinh học
từ Biogas (KSH) bao gồm CH4, hoi nước, CO2 và một hàm lượng nhỏ khí H2S. Để
hút khí từ bể Biogas sử dụng quạt hút có áp lực lớn 920 mmHg đẩy vào thiết bị.

Hỗn hợp KSH được hút từ bể vào thiết bị, đường dẫn khí đi từ dưới lên trên. Thiết bị
cấu tạo bằng các chóp nón đục lỗ để tách khí và ngưng tụ hoi nước. Hỗn hợp nước,
khí H2S, CO2;NH3 từ thiết bị được dẫn về và hòa tan cùng với nước thải ở hồ sinh
học. Trong đường ống thu khí xảy ra quá trình nước chảy xuôi và dòng khí chuyển
động ngược lại.
Lượng nước được tách ra từ thiết bị cùng với các loại khí H2S, CO2, NH3 chảy vào
hồ xử lý ô nhiễm nước thải bằng sinh vật thủy sinh.
Như đã trình bày trong hỗn hợp khí sinh học từ Biogas ngoài khí CH4 còn chứa một
lượng hơi nước và các khí tạp khác. Các loại khí như CO2, NH3, H2S, SƠ4 điều hòa
tan trong nước và theo dòng nước chảy về hồ sinh học. Mẫu khí thu nhận từ tầng chứa
khí tại Nhà máy, sau đó mang về phân tích tại Phòng thí nghiệm Phân viện Bảo hộ
Lao động và Bảo vệ môi trường Miền Trung - Tây Nguyên.
Thiết bị lọc hơi nước và các loại khí đã đạt những kết quả nhất định cụ thể là: Hàm
lượng CH4tăng từ 40% đạt 70% - 80% trong hỗn hợp khí sinh học; Hàm lượng
khí H2S, NH3 giảm khoảng 30 lần.

Hỗn hợp khí sinh học sau khi được lọc qua thiết bị hàm lượng CH4 tăng lên 70 - 80%
và được bơm đẩy vào kho chứa thay dầu DO đốt lò hoi cho nhà máy chế biến thức ăn
gia súc. Quy trình vận hành lò hoi đốt dầu DO ở Nhà máy hoàn toàn tự động. Khi áp
lực lò tăng lên 4kg hơi máy tự cắt và áp lực giảm xuống 3kg máy tự động đốt. Khác
với cải tạo bộ chế hòa khí sử dụng CH4để phát điện, chúng tôi tiến hành cải tạo bếp
phun dầu DO để sử dụng khí CH4 đốt lò hơi.

Theo hội đồng nghiệm thu và xây dựng lại định mức dầu DO cho Nhà máy chế biến
thức ăn gia súc của Công ty cao su Lệ Ninh sử dụng khí Biogas làm nhiên liệu đốt lò
hơi đã tiết kiệm được 6 lít dầu DO cho 1 tấn sản phẩm. Chỉ tính riêng cho hiệu quả khí
Biogas thay dầu DO đốt lò hơi chỉ trong 2 năm Công ty sẽ thu hồi được vốn xây dựng
bể Biogas xử lý ô nhiễm môi trường từ chất thải chăn nuôi.
4. Một số ý kiến
Các loại chất thải trong chế biến cà phê, cao su, tinh bột sắn, thủy sản nói chung và
chăn nuôi nói riêng khu vục miền Trung - Tây Nguyên gây ô nhiễm môi trường đáng
quan tâm là nước thải. Bởi lẽ, khu vực này như đòn gánh hai đầu đất nước có địa hình
dốc, phân cắt mạnh bởi nhiều hệ thống sống suối. Ô nhiễm nước thải từ 3.827 chế
biến tinh bột sắn, trên 50 nhà máy chế biến thủy sản khi thải vào môi trường nếu
không xử lý triệt để thì một phần ngấm xuống tầng cát ảnh hưởng đến nguồn nước
ngầm, một phần đổ xuống sống, suối đều được thải ngay ra biển gây ô nhiễm trên diện
rộng. Vì vậy, nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý chất thải gây ô nhiễm môi trường
và tái tạo năng lượng phục vụ sản xuất có ý nghĩa thực tế đối với khu vực này. Tuy
nhiên các trang trại chăn nuôi đa số nguồn vốn hạn hẹp việc áp dụng mô hình này gặp
nhiều khó khăn nên cần có sự can thiệp của Nhà nước.