Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (450.5 KB, 22 trang )
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Chương 1 MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của mỗi Quốc
gia. Năng lượng là một trong các nhu cầu thiết yếu đối với sinh hoạt của nhân dân
và cũng chính là yếu tố đầu vào không thể thiếu của rất nhiều ngành kinh tế khác,
có tác động ảnh hưởng không nhỏ đến các hoạt động kinh tế, chính trị, văn hóa, xã
hội.
Ngày nay, do sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các ngành
Công nghiệp sử dụng các dạng năng lượng tăng mạnh. Cùng với sự biến đổi khí
hậu diễn biến phức tạp nên việc sử dụng năng lượng ngày càng tăng nhằm đáp ứng
nhu cầu sử dụng năng lượng trên toàn cầu, nguồn năng lượng thiên nhiên dần cạn
kiệt đang dẫn tới tình trạng khủng hoảng về năng lượng trên toàn thế giới.
Chính vì vậy, việc tập trung chỉ đạo, đầu tư cho phát triển năng lượng tái tạo
luôn được ưu tiên chú trọng, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia.
Việt Nam là nước phát triển nông nghiệp là chủ yếu, vì thế hàng năm chúng
ta thải ra môi trường hàng triệu tấn chất thải trong chế biến nông lâm, thủy hải sản,
chăn nuôi,… Đây chính là nguồn nguyên liệu sạch sản xuất năng lượng sinh khối
phục vụ sản xuất, đời sống sinh hoạt của người dân cũng như bảo vệ môi trường.
Ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý nước thải và sản xuất khí sinh học từ
chất thải chăn nuôi là một biện pháp hữu ích hiện nay. Vì vậy, chọn đề tài “Nghiên
cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường”
2. Mục tiêu của đề tài
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
1
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Nghiên cứu đề xuất giải pháp thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn
nuôi, tận dụng chất thải để sản xuất năng lượng phục vụ nhu cầu sinh hoạt cảu
người dân. Đề xuất mô hình XLNT thu hồi năng lượng với quy mô sản xuất hộ gia
đình.
3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung số 1: Điều tra, thống kê số hộ, quy mô chăn nuôi trên địa bàn
huyện Hòa Vang, Thành phố Đà Nẵng.
Nội dung số 2: Đánh giá tiềm năng thu hồi khí sinh học sử dụng trong đời
sống người dân.
Nội dung số 3: Đề xuất mô hình Khí sinh học hộ gia đình.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là năng lượng khí
sinh học.
Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu của đề tài là huyện Hòa Vang,
Thành phố Đà Nẵng.
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
2
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Chương 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên.
Vị trí địa lý: Hòa Vang là một huyện ngoại thành bao bọc phía Tây của
Thành phố Đà Nẵng. Toàn huyện có diện tích đất tự nhiên là 736.91 km 2. Trong
đó, đât nông nghiệp là 599.73 km2, chiêm 81,38%.
Dân số là 120,698 người, mật độ trung bình 164 người/km 2 (số liệu thống kê
tháng 12/2011). Gôm 11 đơn vị hành chính trực thuộc. Trong đó Hòa Châu, Hòa
Phước, Hòa Tiên là 3 xã đồng bằng, Hòa Phong, Hòa Khương, Hòa Nhơn, Hòa
Sơn, Hòa Liên là các xã trung du và 3 xã miên núi là Hòa Phú, Hòa Ninh, Hòa
Bắc.
Điều kiện tự nhiên:
+ Địa hình: Trải rộng cả ba vùng đồi núi, trung du, đồng bằng. Địa hình
nghiêng từ Tây sang Đông, có nhiêu đồi núi, cao nhất là đỉnh Bà Nà (1.847m). Địa
hình có nhiêu đồi dốc lớn bị chia cắt bởi hai sông là Sông Cu Đê và Sông Yên.
+ Khí hậu: Hòa Vang là một vùng mang đặc thù khí hậu duyên hải Nam
Trung bộ, nhiệt đới gió mùa, lượng bức xạ dồi dào, nắng nhiều (hơn 2260 giờ
nắng/năm), nhiệt độ cao.
+ Nguồn nước, thủy văn: Trên địa bàn có hai con sông chính chảy qua đó là
S.Cu Đê và S. Yên. Ngoài ra còn một số khe, mương, ao hồ tạo nên nguồn nước
ngọt cho sinh hoạt và tưới tiêu khoảng 2,33 tỉ m3/năm.
+ Thổ nhưỡng: tổng diện tích đất tự nhiên là 70.734ha, đã đưa vào khai thác
và sử dụng hơn 80% diện tích. Trên địa bàn huyện có nhiều loại đất khác nhau như
đất phù sa, đất đỏ vàng, đất phèn, đất xám bạc màu, đất đen,…
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
3
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
+ Tài nguyên rừng, thảm thực vật : Nông nghiệp giữ vai trò chủ lực, vẫn là
ngành kinh tế quan trọng nhất với tổng giá trị đóng góp hàng năm trên 30% tổng
giá trị kinh tế huyện và thu hút khoảng 65% lao động của toàn huyện.
2.1.2 Đặc điểm xã hội
Dân sô và mật độ dân số: Tổng số dân trên địa bàn huyện là 120,698 người,
mật độ trung bình 164người/km 2. Người dân sống chủ yêu tập trung ở các xã đồng
bằng và trung du có mật độ dân số cao. Có nơi mật độ trung bình lên đến 1,615
người/km2 như Hòa Phước, cao gấp 10 lần so với mật độ trung bình của huyện.
Các xã miền núi thì ngược lại, diện tích đất rộng lớn nhưng mật độ dân cư sinh
sống thưa thớt, Hòa Phú mật độ 11 người/km2.
Lao động và việc làm: Nguồn lao động của huyện Hòa Vang dồi dào 66.236
lao động/120.698 người (dân số toàn huyện); chiếm 54,88%. Tỉ lệ người dân trong
độ tuổi lao động ở các xã xấp xĩ bằng nhau và trên 50% số dân trong xã.
Thu nhập bình quân 13,8 triệu đồng/người/năm (năm 2011), thu nhập cơ bản
đáp ứng được nhu cầu cuôc sống của người dân.
2.2 Tổng quan về hiện trạng phát triển nông nghiệp huyện Hòa Vang
2.2.1 Tình hình tăng trưởng kinh tế nông nghiệp
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
4
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Bảng 2.6: Giá trị sản xuất ngành nông nghiệp Huyện Hòa Vang giai đoạn
2006-2011
ĐVT: Triệu đồng
Ngành
Nông nghiệp
Trong đó
Trồng trọt
Chăn nuôi
Dịch vụ NN
2006
253,500
2007
267,600
2008
280,800
2009
295,300
2010
311,700
2011
324,200
214,200
23,500
15,800
221,800
27,000
18,800
223,400
27,600
19,800
241,500
31,300
22,500
252,200
35,000
24,500
258,700
39,400
26,100
Nguồn: Phòng NN&PTNT huyện Hòa Vang.
Tổng giá trị ngành nông nghiệp toàn huyện năm 2006 là 253.5 tỷ đồng, tăng
đều qua các năm, đến năm 2011 là 324.2 tỷ đồng. Trong tổng giá trị sản xuất nông
nghiệp, ngành trồng trọt đóng góp chủ yếu.
Nhìn chung ngành trồng trọt đóng vai trò chủ đạo trong kinh tế nông nghiệp
trên địa bàn huyện. Ngành chăn nuôi dần trở thành ngành đem lại thu nhập ổn định
cho người nông dân. Ngành dịch vụ trong nông nghiệp cũng chưa phát triển mạnh,
giá trị kinh tế đem lại trong nội bộ ngành nông nghiệp từ dịch vụ chưa nhiều. Phải
khẳng định rằng dịch vụ nông nghệp trên địa bàn huyện chưa đáp ứng đủ nhu cầu
sản xuất của ngành nông nghiệp.
Kinh tế nông nghiệp trên địa bàn huyện Hòa Vang có bước tăng trưởng khá.
Giá trị đóng góp của ngành nông nghiệp trong tổng giá trị GDP toàn huyện trên
30%. Tỷ trọng đóng góp tuy giảm nhưng tổng giá trị tuyệt đối vẫn tăng đều qua các
năm.
Sản xuất nông nghiệp vẫn là ngành kinh tế chủ đạo của huyện, việc quan
tâm đầu tư cho phát triển nông nghiệp theo hướng bền vững được chú trọng, chất
lượng nông sản tăng lên, khả năng cạnh tranh trên thị trường ngày càng lớn, quy
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
5
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
mô sản xuất ngày càng tập trung, xuất hiện nhiều mô hình kinh tế HTX, trang trại
mới với nhiều hình thức, quy mô và chất lượng, hiệu quả năng suất cao.
Trong sản xuất nông nghiệp đã có kế hoạch quản lý khai thác, sử dụng tiết
kiệm các nguồn tài nguyên đất, nước,..đem lại hiệu quả kinh tế cao, và chú trọng
trong bảo vệ môi trường sống ở nông thôn. [1]
2.2.2 Tình hình phát triển ngành chăn nuôi
Đàn trâu, bò năm 2006 là 13,478 con đến năm 2011 là 15,430 con. Số lượng
đàn trâu, bò trên địa bàn huyện còn khiêm tốn, giá trị thu được từ đàn trâu, bò chưa
cao.
Tổng số đàn lợn năm 2011 là 78,770 con, tăng cao so với 2011 là 62,910
con. Số lượng đàn lợn tăng qua các năm.
Gia cầm chưa phát triển mạnh và tăng đều qua các năm. Năm 2006 là
257,988 con đến năm 2011 là 238,874 con. Các hộ dân nuôi gia cầm quy mô lớn
ngày càng tăng, nhất là nuôi gà thả vườn, vịt cỏ và cuốc lấy trứng, đây là những
mặt hang mà thị trường rất chuộng đem lại giá trị kinh tế cho người chăn nuôi. [1]
2.3 Tổng quan về khí sinh học
2.3.1 Năng lượng sinh học
Năng lượng sinh học là loại năng lượng có nguồn gốc từ các sinh vật, bao
gồm năng lượng sinh khối, nhiên liệu sinh học và khí sinh học. Năng lượng sinh
học có thể được tạo ra từ nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân,
cành, vỏ, quả cây, các sản phẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, rác
thải, phân gia súc và bã phế thải hữu cơ công nghiệp... [6]
Nhiên liệu sinh khối là vật liệu hữu cơ dự trữ năng lượng ánh sáng mặt trời
dưới dạng năng lượng hoá học. Khi được đốt cháy, năng lượng hoá học này được
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
6
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
giải phóng dưới dạng nhiệt. Việt Nam là nước thuộc vùng nhiệt đới ẩm, có sự đa
dạng về điều kiện khí hậu và đất đai cho các loại cây trồng cung cấp nguyên liệu
cho sản xuất cồn nhiên liệu như lúa, ngô, sắn, khoai lang, mía. Về nguyên liệu chế
biến dầu sinh học, Việt Nam có thể trồng được các loại cây như: đậu tương, lạc,
cây trẩu, cây sở, cây dầu mè (Jatropha), dừa và mỡ cá basa, cá tra có hàm lượng
dầu, chất béo cao. Đặc biệt các loại cây như cây sở, cây dầu mè có thể trồng được
ở những vùng có khí hậu khắc nghiệt như khô hạn, đất cằn cỗi, rất phù hợp với các
tỉnh miền Trung và các vùng trung du miền núi.
Việt Nam đã khởi công xây dựng 4 nhà máy sản xuất Etanol từ tinh bột sắn,
công suất mỗi nhà máy 100 triệu lít cồn một năm. Như vậy, là quá nhỏ so với tiềm
năng của nước ta. Mặt khác, do nhiều nguyên nhân mà mỗi năm có hàng chục triệu
tấn phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân cây ngô, đậu, v.v.) chưa được chú
trọng khai thác mà bị đốt tại nhiều vùng nông thôn gây ô nhiễm môi trường khu
vực.
2.3.2 Khí sinh học
Khí sinh học hay Biogas là một hỗn hợp khí methane(CH4) và một số khí
khác phát sinh từ sự phân hủy các vật chất hữu cơ. Methane cũng là khí tạo ra hiệu
ứng nhà kính gấp 21 lần so với khí cacbonic(CO2).
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ dưới tác động của quần thể các vi sinh
vật (chủ yếu là vi khuẩn) trong môi trường không có ôxi được gọi là quá trình phân
huỷ kỵ khí (yếm khí). Sản phẩm thu được từ quá trình này là một hỗn hợp khí cháy
bao gồm khoảng: 60% khí methane (CH4), 30% khí cacbonic (CO2) và 10% hỗn
hợp các khí khác (hidro H2, nitơ N2, ôxi O2, sunfuahidro H2S, ...). Quá trình này
còn được gọi là quá trình lên men methane và quần thể vi sinh vật ở trên được gọi
là các vi sinh vật methane. [7]
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
7
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Sơ đồ quá trình lên men khí methane:
2.4
Hiện trạng sử dụng khí sinh học trên thế giới
Công nghệ KSH đã phát triển rộng rãi trên thế giới từ các nước phát triển
(Đức, Đan Mạch, Pháp....) cho tới những nước đang phát triển (Trung Quốc, Ấn
Độ,...) với đa mục đích và đa chức năng tuỳ theo nhu cầu sử dụng.
Những bể xử lý nhỏ, truyền thống được áp dụng trên quy mô hộ gia đình sử
dụng nhiều ở các nước đang phát triển. Những công trình lớn hơn cỡ trung bình và
lớn được sử dụng trong các trang trại có quy mô lớn với nguồn nguyên liệu dồi
dào. Các công trình này được nâng cấp lên thành nhà máy có chức năng phân huỷ
kỵ khí các nguồn chất thải như: Chất thải của các động vật được chăn nuôi trong
trang trại, phụ phẩm cây trồng, chất thải của lò mổ, chất thải của công nghiệp chế
biến lương thực, bùn cống, rác thải hữu cơ của các hộ gia đình sau khi đã phân
loại. KSH được sản xuất từ các nhà máy ở quy mô công nghiệp này được lọc sạch
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
8
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
(hàm lượng methane có thể đạt đến 97%) đưa vào hệ thống cấp khí thiên nhiên
cung cấp cho các hộ gia đình sử dụng. Mạng lưới này rất phát triển ở các nước
Châu Âu nhất là tại Đan Mạch, nước có nền nông nghiệp phát triển sạch. [2]
Đức là nước dẫn đầu thế giới về công nghệ KSH. Công nghệ của Đức đã
được xuất khẩu sang nhiều nước châu Âu và châu Á. KSH được sản xuất ra để
cung cấp cho các nhà máy phát điện với các công suất: 20, 150, 200 và 500kW.
Năm 2006: Ở Đức đã có 820 công trình KSH được xây dựng mới nâng tổng số
công trình KSH nông nghiệp lên 3700 công trình và Đức là nhà sản xuất năng
lượng từ KSH số 1 thế giới. [2]
Đan Mạch là quốc gia đi đầu trong lĩnh vực xây dựng các nhà máy phân huỷ
kỵ khí tập trung có khả năng xử lý tổng hợp các nguồn chất thải như: Chất thải của
các động vật được chăn nuôi trong trang trại, phụ phẩm nông nghiệp, chất thải của
lò mổ, chất thải của công nghiệp chế biến lương thực, bùn cống, rác thải hữu cơ
của các hộ gia đình sau khi đã phân loại. Các nhà máy này có chức năng rất quan
trọng trong việc đảm bảo vệ sinh môi trường của các khu dân cư, các gia đình sống
phân tán, mặt khác còn cung cấp một nguồn năng lượng đáng kể đối với những
khu vực này.
Tại Thuỵ Điển đã tiến hành làm sạch KSH (lọc bỏ tạp chất và hơi nước)
dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông từ những năm 90 của thế kỷ
XX, đặc biệt đối với phương tiện xe buýt công cộng. Năm 2007, 50% số phương
tiện giao thông chạy bằng KSH là trên đất nước Thuỵ Điển. [2]
Trung Quốc là nước đi sau trong công nghệ KSH trên thế giới, vì vậy việc
áp dụng và phát triển công nghệ KSH tại đây theo chiều rộng và đại trà. Thường
phát triển theo ba hướng là hướng hộ gia đình (theo hướng nông nghiệp sinh thái
trong đó công nghệ KSH giữ vai trò liên kết), hướng các công trình trung bình và
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
9
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
lớn (trong các trang trại chăn nuôi, lò mổ tập trung, nhà máy bia, rượu, đường,
dược phẩm) và hướng xử lý nước thải sinh hoạt trong các thành phố.
Tại Ấn Độ, việc ứng dụng toàn diện công nghệ KSH đối với đối tượng hộ
gia đình ở Ấn Độ chưa phát triển mạnh như Trung Quốc. Quá trình đưa công nghệ
KSH áp dụng vào các ngành khác cũng khá chậm chạp. Đặc biệt trong lĩnh vực xử
lý chất thải, nước thải các công trình KSH còn tương đối ít, trong khi đó công nghệ
được áp dụng tại đây được cung cấp bởi các nhà cung cấp nước ngoài.
2.5
Hiện trạng sử dụng khí sinh học ở Việt Nam
2.5.1 Đặc điểm chung
Nguồn nguyên liệu chủ yếu để sản xuất khí sinh học là ao bùn, phế liệu, phế
thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và các hoạt động sống, sản xuất và chế biến
nông lâm sản. Phân động vật và các chất thải rắn như rơm rạ thích hợp chp lên men
kị khí. Vi sinh vật thường hay sử dụng nguồn hữu cơ cacbon nhanh hơn sử dụng
nito khoảng 30 lần. Do vậy nguyên liệu có tỉ lệ C/N là 30/1 sẽ thích hợp nhất cho
lên men kị khí.
Trong thực tế người ta thường đảm bảo tỉ lệ trên trong khoảng 20 – 40. Phân
gia súc có tỉ lệ C/N trong giới hạn này, nên rất thích hợp là nguyên liệu chủ yếu
sản xuất biogas.
Bảng. Khả năng cho phân và thành phần hoá học của gia súc,gia cầm [3]
Vật nuôi
Khả năng cho phân của
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
Thành phần hóa học
10
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Bò sữa
Bì thịt
Lợn
Trâu
Gia cầm
500kg vật nuôi/ngày
Thể tích
Trọng lượng
3
(m )
tươi (kg)
0.038
38.5
0.038
41.7
0.028
28.4
--6.78
0.028
31.3
(% khối lượng phân tươi)
Chất tan
Nitơ
Photpho
dễ tiêu
7.98
0.38
0.10
9.33
0.70
0.20
7.02
0.83
0.47
10.2
0.31
--16.8
1.20
1.20
Tỷ lệ
C/N
20-25
20-25
20-25
--7-15
Bảng Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí [3]
Nguyên liệu
Phân bò
Phân gia cầm
Phân gà
Phân lợn
Phân người
Sản lượng khí
m3/kg phân khô
1.11
0.56
0.31
1.02
0.38
Hàm lượng CH4
(%)
57
69
60
68
---
Thời gian lên men
(ngày)
10
9
30
20
21
2.5.2 Khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam
Hơn 80% 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. Tuy nhiên giá thành biogas còn cao hơn so với nhiên liệu từ dầu
mỏ và vấn đề cơ sở hạ tầng nên biogas vẫn chưa được sản xuất theo quy mô lớn
mà chỉ mới áp dụng theo mô hình nhà dân chăn nuôi kết hợp sản xuất biogas.
Ước tính trên cả nước có chừng 35000 hầm biogas phục vụ trong hộ gia đình
với sản lượng 500-1000 m3 khí/ năm/ hầm.
Công nghệ KSH trong những năm qua chủ yếu phát triển ở quy mô gia đình.
Hiện nay chưa có thống kê chính xác nhưng theo đánh giá của chương trình mục
tiêu quốc gia Nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn thì hiện có khoảng 7%
chuồng trại chăn nuôi có xử lý chất thải (mục tiêu đề ra là 30%). Kết quả tổng điều
tra nông thôn, nông nghiệp & thuỷ sản 2001 cho biết tổng số hộ chăn nuôi trên 11
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
11
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
triệu. Tạm lấy con số này thì ước tính hiện nay có khoảng trên 770 nghìn chuồng
trại chăn nuôi có xử lý chất thải. Riêng Dự án hỗ trợ chương trình Khí sinh học cho
ngành chăn nuôi do Cục Nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp và PTNT chủ trì, Hà Lan
tài trợ trong giai đoạn 2003 – 2005 đã xây dựng được 18 nghìn công trình KSH gia
đình. [2]
Hàng năm nước ta có thể sản xuất 4.844 triệu m3 khí sinh học từ phụ phẩm
nông nghiệp và chất thải chăn nuôi, tương đương với hơn 2 triệu tấn dầu; khí sinh
học mới chỉ được sử dụng làm nhiên liệu đun nấu cho dân cư nông thôn, phần còn
lại thải ra môi trường.
Tổng tiềm năng lý thuyết từ nguồn nguyên liệu chính là phụ phẩm nông
nghiệp và chất thải chăn nuôi.
Bảng Tiềm năng lý thuyết KSH từ phụ phẩm nông nghiệp [4]
Nguồn nguyên liệu
Tiềm năng
(Triệu m3)
Quy dầu tương
đương (triệu TOE)
Tỷ lệ (%)
Phụ phẩm cây trồng:
Rơm rạ
PP các cây trồng khác
Tổng từ PP cây trồng
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
1470,13
3
318,840
1788,97
3
0,735
30,2
0,109
6,5
0,894
36,7
12
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Từ chất thải của gia súc:
Trâu
441,438
0,221
8,8
Bò
Lợn
Tổng từ CT của gia súc
TỔNG
495,864
2118,376
3055,678
4844,652
0,248
1,059
1,528
2,422
10,1
44,4
63,3
100,0
Chương 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH THU HỒI KHÍ SINH HỌC TẠI HUYỆN
HÒA VANG, ĐÀ NẴNG
3.1 Tiềm năng phát triển khí sinh học tại huyện
Ngành chăn nuôi phát triển chủ đạo, với nguồn chất thải từ ngành chăn nuôi,
trồng trọt và sản phẩm từ dịch vụ nông nghiệp là điều kiện thích hợp làm nguyên
liệu cho sản xuất khí sinh học.
Các chương trình hỗ trợ phát triển biogas đang được Nhà nước và các tổ
chức nước ngoài viện trợ.
Thành phần dân số chủ yếu ở độ tuổi lao động.
Giá dầu thô liên tục tăng gây sức ép đối với người dân sử dụng, nên việc tìm
kiếm nguồn nhiên liệu mới là hết sức cần thiết. Biogas là một giải pháp thích hợp
với huyện Hòa Vang nói riêng, nước Việt Nam nói chung.
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
13
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
3.2 Áp dụng mô hình thu hồi khí sinh học tại huyện Hòa Vang
3.2.1 Công nghệ thu hồi khí sinh học
Để sản xuất KSH người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị sản xuất KSH
gọi tắt là thiết bị KSH. Nhiên liệu để sản xuất KSH là các chất hữu cơ như: Phân
động vật, các loại thực vật (bèo, cỏ, rơm, rạ,...), các chất hữu cơ (rác thải sinh hoạt
hữu cơ, bùn cống), nước thải công nghiệp (đường mía, đồ hộp, rau quả, thuỷ sản,
giết mổ, chế biến tinh bột, giấy, cao su, dược phẩm,...). Những nguyên liệu này
được nạp vào thiết bị KSH. Từ thiết bị KSH này tạo ra điều kiện thuận lợi để vi
sinh vật phân huỷ các chất hữu cơ có trong chất thải và sản sinh ra KSH. Trong quá
trình phân huỷ, chỉ một phần nguyên liệu được chuyển hoá thành KSH, phần còn
lại không phân huỷ hết được gọi là phụ phẩm KSH.
Quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là quá trình sinh hóa phức tạp tạo
ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, quá trình này
có thể chia làm ba giai đoạn gồm: Giai đoạn thuỷ phân và lên men, gia đoạn sinh
axit và giai đoạn sinh methane. Căn cứ vào ba giai đoạn này của quá trình phân
huỷ kỵ khí, người ta đã ứng dụng công nghệ tách pha để nâng cao hiệu suất sinh
học, nhằm làm tăng hiệu suất sinh khí bằng phương pháp phân tách từng giai đoạn
với các điều kiện sinh học tối ưu nhất.
Giai đoạn 1. Giai đoạn thuỷ phân và lên men : Là giai đoạn đầu tiên của sự
chuyển hoá hợp chất cao phân tử (polymer) thành các chất đơn phân tử
(monomer).
Giai đoạn 2. Giai đoạn sinh hidro và axit : Là giai đoạn trung gian của quá
trình tạo KSH. Các chất được tạo ra trong giai đoạn 1: Axit propionic, axit butyric,
axit lactic, axit béo mạch dài, rượu,... sẽ được chuyển hoá tiếp tục thành axit axetic
và hidro. Trong quá trình này, cũng tạo ra cacbonic, các sản phẩm trung gian cũng
có thể trở thành cơ chất ban đầu. Các monosacarit được chuyển hoá thành các
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
14
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
axetat, peptit, axit béo, amino axit, amit, este,.... sinh ra trong giai đoạn thuỷ phân
và lên men được chuyển hoá thành hidro và axit axetic.
Giai đoạn 3. Giai đoạn sinh methane : Các phân tử H2 và CO2 kết hợp với
than tạo ra khí methane (CH4) và quá trình lên men các axit và rượu càng tạo thêm
nhiều khí methane.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
CH3CH2OH + CO2 → CH3COOH + CH4
CH3COOH → CH4 + CO2
CH3CH2CH2COOH + H2O + CO2 → CH3COOH + CH4
Trong quá trình phân huỷ kỵ khí ba giai đoạn trên đều xảy ra đồng thời. Nếu
trong quá trình phân huỷ bất cứ một giai đoạn nào vượt trội hơn các giai đoạn còn
lại đều ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí methane.
3.2.2 Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng
Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng được sử dụng khá phổ biến tại
Việt Nam, là quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong
công trình gọi là bể methane.
Các công trình này đều dựa trên phương thức phân hủy kị khí sinh methane
của các vi sinh vật lơ lửng có trong nước thải. Thiết kế cho các công trình có sự
khác biệt nhau từ quá trình đưa nước thải vào thiết bị cho đến các phương thức gia
nhiệt và thiết kế.
Thiết bị khí sinh học đơn giản được áp dụng cho nhu cầu dân sinh tại các hộ
gia đình tại huyện Hòa Vang có thiết kế đơn giản xây bằng gạch, hoặc bằng chất
liệu composite để xử lý chất thải trong chăn nuôi và các loại phế phẩm khác. Ứng
dụng này hiện nay khá phổ biến để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm và thu KSH để sử
dụng làm nhiên liệu đốt.
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
15
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Một số thiết bị thu hồi KSH với phương pháp tiếp xúc lơ lửng được giới
thiệu như sau:
- Bể lên men có thiết bị trộn và bể lắng riêng: (ANALIFT). Công trình gồm
một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh bùn tuần
hoàn. Giữa 2 thiết bị chính có một thiết bị loại khí để loại bỏ khí tắc trong các cục
bùn vón. Các cục bùn vón này ảnh hưởng đến quá trình lắng của bùn. Với hai bể
phản ứng và lắng riêng biệt cho phép phản ứng ở các bể độc lập và có thể chuyển
bùn liên thông từ 2 bể và ít chịu ảnh hưởng bởi lưu lượng nước thải do đó dễ dàng
bảo trì và khởi động. [7]
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
16
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
- Bể xử lý nước thải ở lớp bùn kị khí với dòng hướng lên: (UASB)
Bể UASB có sự cải tiến so với ANALIFT bởi dòng nước thải đầu vào được
bơm hướng từ dưới đáy bể tạo dòng nước hướng lên trong bể tăng tiếp xúc của vi
sinh vật với chất thải và đẩy mạnh quá trình phân hủy kị khí. Có thể xử lý bùn dư
tuần hoàn từ công trình hiếu khí phía sau. Có thiết kế và vận hành ít phức tạp hơn
so với công nghệ kỵ khí. [7]
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
17
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Ứng dụng công nghệ khí sinh học tại huyện Hòa Vang
+ Sơ đồ cấu tạo của bể khí sinh học xây bằng gạch ứng dụng cho hộ gia đình
với thể tích trung bình từ 8-10m3. [5]
+ Sơ đồ cấu tạo của bể khí sinh học làm bằng vật liệu composite ứng dụng
cho hộ gia đình với thể tích trung bình từ 7-9 m3. [5]
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
18
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
Bảng so sánh hai dạng công nghệ khí sinh học áp dụng tại huyện Hòa Vang.
Hầm xây bằng gạch
- Giá thành lắp đặt hợp lý với
quy mô hộ gia đình.
- Công nghệ và vận hành đơn
giản.
- Có thể dùng để xử lý các dạng
chất thải có thành phần chất hữu
cơ cao và khó phân huỷ.
- Thu được KSH dùng cho các
nhu cầu về năng lượng.
Hầm composite
Ưu điểm
- Giá thành lắp đặt hợp lý với quy
mô hộ gia đình.
- Công nghệ và vận hành đơn
giản.
- Có thể dùng để xử lý các dạng
chất thải có thành phần chất hữu
cơ cao và khó phân huỷ.
- Thu được KSH dùng cho các
nhu cầu về năng lượng.
- Độ bền và tuổi thọ cao khó bị ăn
mòn bởi axit.
- Được cung cấp dịch vụ thi công,
bảo hành, bảo dưỡng do công ty
cung cấp.
Nhược điểm - Hầm dễ bị lún nứt do địa chất - Không có bộ phận tích trữ KSH.
yếu dẫn đến khả năng bị rò rỉ và
mất mát KSH.
- Dễ bị ăn mòn vật liệu do dung
dịch xử lý có tính axit cao.
- Kỹ thuật thi công cần độ khéo
léo và am hiểu kỹ thuật.
- Bảo dưỡng khó khăn do cấu
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
19
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
tạo nắp hầm cố định.
- Không có bộ phận tích trữ
KSH.
Chương 4 KẾT LUẬN
Khí sinh học ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển bền vững
của đât nước. Nó sẽ dần thay thế nguồn năng lượng gây hủy hoại môi trường, giúp
bảo vệ môi trường tốt hơn. Việc khai thác sử dụng còn theo lối hộ gia đình nên
hiệu quả thấp: hiệu suất thấp và gây ô nhiễm môi trường.
Vấn đề cấp bách để phát triển năng lượng khí sinh học nói riêng và năng
lượng tái tạo nói chung hiện nay là cần có chiến lược phát triển, những chính sách,
thể chế và quy hoạch cụ thể của nhà nước. Trên cơ sở đó có biện pháp huy động
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
20
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
vốn đầu tư, hỗ trợ từ các nguồn nhà nước, tư nhân, quốc tế... cho nghiên cứu triển
khai và phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, quy mô nhân rộng hơn.
Với điều kiện kinh tế xã hội hiện nay của huyện Hòa Vang, phát triển thu
hồi khí sinh học theo quy mô gia đình là hợp lý. Bởi kinh tế phát triển chủ yếu là
ngành nông nghiệp, dân lao động phổ thông, diện tích đất rộng,… sẽ là điều kiện
thuận lợi cho phát triển chăn nuôi và trồng trọt. Công nghệ khí sinh học sẽ giúp các
hộ gia đình xử lý triệt để nước thải chăn nuôi cũng như phế thải nông nghiệp nhằm
hạn chế phát thải ra môi trường, sử dụng nhiên liệu từ công nghệ và bảo vệ môi
trường. Hai mô hình thu hồi khí sinh học xây bằng gạch và composite sẽ phù hợp
với điều kiện từng hộ gia đình. Một số cải tiến về hai mô hình này sẽ mang lại hiệu
quả rất lớn về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thị Vân, 2012, Phát triển bền vững nông nghiệp trên địa bàn
huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng
2. Nguyễn Quang Khải (2012), “Những vấn đề phát triển năng lượng sinh
khối ở Việt Nam” (Báo cáo tại Hội thảo Phát triển năng lượng bền vững ở
Việt Nam)
3. Ngô Thị Hoàng Mai, Đồ án nghiên cứu đánh giá tiềm năng về sản lượng
biogas và thực trạng sử dụng năng lượng biogas tại khu vực Đan Hoài,
Hà Nội
4. Niên giám thống kê 2003, Tổng cục thống kê
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
21
Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường
5. Hoàng Kim Giao (2011), “Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình”,
Cục Chăn nuôi, Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn.
6. Nguyễn Thị Nhâm Tuất, Ngô Văn Giới (2012), “Đánh giá thực trạng và
tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam”, Tạp chí khoa học
công nghệ.
7. Nguyễn Mạnh Tuấn, “Nghiên cứu giải pháp thu hồi năng lượng từ chất thải
làng nghề sản xuất chế biến nông sản Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố
Hà Nội bằng công nghệ khí sinh học”
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT
22
