Thử nghiệm tận dụng chất thải thực phẩm tạo khí sinh học và làm phụ phẩm bón cho cây trồng góp phần phát triển năng lượng sinh khối tại gia đình

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

Thử nghiệm tận dụng chất thải thực phẩm tạo khí sinh
học và làm phụ phẩm bón cho cây trồng góp phần phát
triển năng lượng sinh khối tại gia đình

Giáo viên hướng dẫn: TS. Đỗ Phương Khanh
Sinh viên thực hiện: Trần Quang Anh
Lớp: K19 −1202

Hà Nội − 2016


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN
Với sự biết ơn chân thành, lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ
Phương Khanh đã nhận và tạo điều kiện cho em thực tập tại Phòng thí nghiệm
Khoa Công nghệ Sinh học của Viện Đại Học Mở Hà Nội. Em xin cảm ơn TS.
Đỗ Phương Khanh - người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cũng như
truyền đạt cho em những kiến thức cần thiết và bổ ích trong suốt quá trình
thực hiện và hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cản bộ, nhân viên trong Khoa
Công nghệ Sinh học, Viện Đại Học Mở Hà Nội đã hướng dẫn em trong suốt
quá trình học tập và tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành mọi thủ tục

cần thiết trong quá trình thực tập và nghiên cứu luận văn hoàn thành tốt
nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè, đã động
viên khích lệ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện bản luận văn.
Một lần nữa em xin gửi tới mọi cá nhân, tổ chức đã giúp đỡ em thực hiện
để tài này lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2016
Sinh viên

TRẦN QUANG ANH

TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 4
1.1 Khái quát chất thải thực phẩm .............................................................. 4
1.1.1 Định nghĩa ............................................................................................ 4
1.1.2 Đặc điểm của chất thải thực phẩm ..................................................... 5
1.1.2 Vấn đề môi trường do chất thải thực phẩm trên thế giới và ở Việt
Nam

.......................................................................................................... 6

1.2 Xử lý chất thải thực phẩm trên thế giới và ở Việt Nam ....................... 9
1.2.1 Phương pháp thông thường ................................................................ 9
1.2.2 Giải pháp tiêu hủy chất thải thực phẩm dưới bồn rửa .................... 10
1.3 Nhu cầu sử dụng năng lượng sinh khối trong gia đình ...................... 12
1.3.1 Khái niệm sinh khối........................................................................... 12
1.3.2 Tiềm năng sinh khối trên thế giới ..................................................... 12
1.3.3 Tiềm năng sinh khối tại Việt Nam .................................................... 14
1.3.4 Tình hình sử dụng sinh khối trong gia đình ở Việt Nam ................. 14
1.3.5 Hạn chế của năng lượng sinh khối .................................................... 15
1.4 Đại cương về khí sinh học .................................................................... 15
1.4.1 Khái niệm biogas ............................................................................... 16
1.4.2 Lợi ích của công nghệ biogas ............................................................ 16
1.4.3 Hạn chế của công nghệ biogas .......................................................... 18
1.4.4 Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas ............................................... 18
1.4.5 Quy trình sản xuất biogas ................................................................. 22
1.4.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của biogas ............................. 23
1.4.7 Làm sạch biogas................................................................................. 25
1.4.8 Ứng dụng biogas ................................................................................ 25
1.5 Sự cần thiết của vườn rau dinh dưỡng gia đình ................................. 26
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................... 29
TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

2.1 Nguyên liệu ........................................................................................... 29
2.2 Thiết bị, dụng cụ thí nghiệm ................................................................ 29
2.3 Bố trí thí nghiệm ................................................................................... 30
2.3.1 Hệ thống ủ và thu khí sinh học ......................................................... 30
2.3.2 Hệ thống trồng rau sử dụng phụ phẩm khí sinh học làm phân bón31
2.4 Phương pháp phân tích ........................................................................ 32
2.4.1 Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của chất thải thực phẩm .................... 32
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 35
3.1 Xác định tính chất của chất thải thực phẩm ....................................... 35
3.1.1 Thành phần của chất thải thực phẩm .............................................. 35
3.1.2 Các thông số vật lý, hóa học, sinh học của chất thải thực phẩm ..... 37
3.2 Sử dụng chất thải thực phẩm phẩm làm nguyên liệu ủ biogas .......... 39
3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ủ biogas .............................. 39
3.2.2 Ảnh hưởng của độ thô của nguyên liệu đến quá trình ủ biogas ...... 39
3.2.3 Ảnh hưởng của phụ gia đến quá trình ủ biogas ............................... 40
3.3 Sử dụng chất thải thực phẩm làm phân bón cây trồng ...................... 41
3.3. 1 Bón tưới cây rau mới trồng .............................................................. 41
3.3.2 Bón tưới cây ăn quả và cây ăn lá đang thu hoạch............................ 44
3.4 Phát triển năng lượng sinh khối tại gia đình....................................... 45
3.4.1 Tính toán cho một gia đình sử dụng ................................................. 45
3.4.2 Tính toán cho một nhóm gia đình sử dụng ...................................... 46
3.4.3 Tính toán cho một người sử dụng ..................................................... 47
3.5 Thiết kế vườn rau dinh dưỡng gia đình chi phí thấp ......................... 48
3.5.1 Chuẩn bị dụng cụ trồng rau.............................................................. 48
3.5.2 Thiết kế vườn rau chai nhựa............................................................. 49
KIẾN NGHỊ ................................................................................................ 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 61

TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3-1 Thành phần của các mẫu chất thải thực phẩm
Bảng 3-2 Các thông số hóa lý và sinh học của chất thải thực phẩm
Bảng 3-3 Điều kiện ủ có và không có kiểm soát nhiệt độ
Bảng 3-4 Điều kiện nguyên liệu ủ được sơ chế với độ thô khác nhau
Bảng 3-5 Điều kiện ủ có và không bổ sung vi sinh vật
Bảng 3-6 Dữ kiện về hệ thống ủ biogas sử dụng chất thải thực phẩm quy mô
gia đình

TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1-1 Máy tiêu hủy chất thải thực phẩm lắp dưới bồn rửa (InSinkErtor,
2013)
Hình 1-2 Các giai đoạn của quá trình phân hủy yếm khí hợp chất hữu cơ

(Nguyễn Văn Phước, 2012)
Hình 1-3 Sơ đồ quy trình tạo biogas (Nguyễn Văn Nhân, 2009)
Hình 2-1 Bình cầu 3 cổ nhám
Hình 2-2 Mô hình thùng xốp trồng rau Earth Box
Hình 2-3 Thùng xốp trồng rau thí nghiệm (trước khi đổ đất trồng)
Hình 3-1 Tỷ lệ phần trăm các thành phần trong mẫu chất thải thực phẩm
Hình 3-2 Sự phát triển của rau mầm thí nghiệm
Hình 3-3 Rau mầm đậu tương và rau mầm cải ngọt thí nghiệm (từ trái sang:
ngày 0, 5, 10, 15)
Hình 3-4 Sự phát triển của rau cải xanh thí nghiệm
Hình 3-5 Rau cải xanh trồng trên đất bón phụ phẩm ủ (ngày 0, 10, 20)
Hình 3-6 Kiểu vườn chai nhựa thẳng đứng (cột trái) và nằm ngang (cột phải)
Hình 3-7 Kiểu vườn chai nhựa ngược: Chuỗi chai ngược riêng rẽ (hàng trên),
Chuỗi chai ngược nối đầu với đáy (hàng dưới)
Hình 3-8 Các cách cố định chai nhựa ngược: Cố định thành tầng (ảnh hàng
trên), Cố định theo hình kim tự tháp (ảnh hàng dưới, bên trái), Đặt khít vào
phần thân dưới (ảnh hàng dưới, bên phải)
Hình 3-9 Sử dụng các vật liệu sẵn có để trồng rau; nồi cũ, bình đong nước,
ống nước (hàng trên), thùng phuy, lốp xe (hàng dưới)

TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


HÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Biogas

Khí sinh học (Biological Gas)

CDM

Cơ chế Phát triển sạch (Clean Development Machenism)

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

FAO

Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (Food and Agriculture
Oganization of the United Nations)

HRT

Thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Retention Time)

iEVN

Viện Năng lượng Việt Nam (Institute of Energy in Vietnam)

TS

Tổng chất rắn, còn gọi là Hàm lượng khô (Total Solids)

VS

Chất rắn bay hơi (Volatile Solids)

WEC

Hội đồng Năng lượng Thế giới (World Energy Council)

TRẦN QUANG ANH

LỚP 1202


LỜI MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Hiện nay vấn đề tìm nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng hóa
thạch đang là đề tài lớn mà mỗi quốc gia đều đang phải đối mặt. Năng lượng
tái tạo đang là giải pháp hàng đầu được ưu tiên nghiên cứu. Ngoài các nguồn
năng lượng tái tạo phổ biến như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng
lượng thủy triều, v.v… thì năng lượng sinh khối cũng là một nguồn năng
lượng giàu tiềm năng, trong đó năng lượng khí sinh học (biogas) đang được
áp dụng rộng rãi.
Khí sinh học (biogas) đã được giới thiệu và thực hành tại Việt Nam từ
lâu, áp dụng chủ yếu để xử lý phân gia súc, gia cầm ở các gia đình nông thôn.
Việc tạo khí sinh học từ các nguồn chất thải khác, đặc biệt chất thải thực
phẩm là một hướng nghiên cứu còn bỏ ngỏ. Việc chế biến chất thải thực phẩm
làm thức ăn chăn nuôi hay bón cho cây trồng rất phổ biến ở các gia đình nông
thôn. Cách xử lý thông thường là băm vụn bằng dao nên đối tượng xử lý là
chất thải thực phẩm dạng mềm và không dính dầu mỡ như thân rau, rễ củ, vỏ
quả, v.v… Những phần cứng, kích thước lớn như xương xẩu, thân cành và
thức ăn thừa chứa nhiều dầu mỡ khó băm vụn nên được đổ vào thùng rác. Ở

Mỹ đã phát triển một thiết bị lắp dưới chậu rửa trong bếp để xử lý toàn bộ
chất thải thực phẩm, gọi là máy tiêu hủy thực phẩm có khả năng xay vụn mọi
loại chất thải thực phẩm và xả trôi qua đường ống thoát nước. Như vậy chỉ
trong vài giây đồng hồ, chất thải thực phẩm sẽ biến mất hoàn toàn qua đường
ống nước của nhà bếp, không còn mùi và không còn rác hữu cơ trong thùng
rác. Máy tiêu hủy rác đang được nhiều gia đình tại Mỹ sử dụng với ưu điểm là
xử lý nhanh và sạch. Nếu áp dụng tại Việt Nam thì đây cũng là một cách thức
xử lý chất thải thực phẩm được nhiều người yêu thích vì giúp giữ gìn vệ sinh
nhà bếp, nhưng chi phí cho một thiết bị hiện đại như vậy không phải là nhỏ so
với mức sống ở Việt Nam, cho nên tính phổ cập sẽ không cao. Ngoài ra, vì
chất thải thực phẩm được xả theo đường ống nước nên không thể tái sử dụng
TRẦN QUANG ANH

1

LỚP 1202


trong gia đình, trong khi chất thải thực phẩm là một nguồn năng lượng sinh
khối. Chúng tôi muốn kết hợp công năng của máy tiêu hủy chất thải để xay
vụn toàn bộ chất thải thực phẩm, sau đó tận dụng toàn bộ phần xay vụn này
để tạo khí sinh học và làm phân bón cho cây trồng tại gia đình nhằm tìm hiểu
khả năng quay vòng năng lượng sinh khối trong chất thải thực phẩm. Vì vậy,
chúng tôi thực hiện đề tài “Thử nghiệm tận dụng chất thải thực phẩm tạo
khí sinh học và làm phụ phẩm bón cho cây trồng góp phần phát triển năng
lượng sinh khối tại gia đình”.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của nghiên cứu này là kết hợp máy tiêu hủy chất thải
thực phẩm (một thiết bị còn mới chưa có nhiều ứng dụng tại Việt Nam) với
việc ủ khí sinh học và làm phân bón cây trồng (hai trong số các hoạt động có

thể thực hiện tại gia đình) để tìm hiểu khả năng tái sử dụng chất thải thực
phẩm, góp phần giảm thiểu chất thải thực phẩm tại nguồn.
Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu này là:
- Xác định được tính chất và khối lượng chất thải thực phẩm trong gia
đình;
- Vận hành được một máy tiêu hủy chất thải thực phẩm lắp dưới chậu
rửa (loại đang bán trên thị trường) để xay nhỏ toàn bộ chất thải thực
phẩm;
- Thiết lập được ở phòng thí nghiệm hệ thống ủ biogas tử chất thải
thực phẩm;
- Trồng và thu hoạch được một số loại rau dinh dưỡng sử dụng chất
thải thực phẩm làm phân bón; và
- Đánh giá được khả năng phát triển năng lượng sinh khối trong gia
đình từ chất thải thực phẩm.
Nội dung nghiên cứu
Trên cơ sở các mục tiêu trên, nội dung của đề tài bao gồm:

TRẦN QUANG ANH

2

LỚP 1202


Nghiên cứu các tính chất sinh học, vật lý, hóa học của chất thải thực
phẩm
Nghiên cứu sử dụng chất thải thực phẩm phẩm làm nguyên liệu ủ biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình ủ biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần chất thải thực phẩm đến quá trình
ủ biogas

− Nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ nghiền chất thải thực phẩm đến quá
trình ủ biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng đến quá trình ủ biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tần suất nạp nguyên liệu đến quá trình ủ
biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến quá trình ủ biogas
− Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia đến quá trình ủ biogas
Nghiên cứu sử dụng chất thải thực phẩm làm phân bón cây trồng:
− Bón tưới cây rau mới trồng (rau mầm, rau cải)
− Bón tưới cây ăn quả (cây khế) và cây ăn lá đang thu hoạch (lá lốt, dấp
cá)
Nghiên cứu phát triển năng lượng sinh khối tại gia đình:
− Tính toán các thông số cho bể biogas của một gia đình
− Thiết kế vườn rau dinh dưỡng gia đình

TRẦN QUANG ANH

3

LỚP 1202


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

Khái quát chất thải thực phẩm

1.1.1 Định nghĩa
Tại Khoản 12, Điều 3, Chương 1 của Luật Bảo vệ Môi trường năm
2014 thì “Chất thải là vật chất được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ,

sinh hoạt hoặc các hoạt động khác”. Như vậy chất thải là tất cả vật chất ở thể
rắn, lỏng, khí, từ đồ ăn, đồ dùng, phế liệu sản xuất - dịch vụ - y tế... do con
người không sử dụng nữa mà bỏ đi.
Chất thải được chia ra làm ba nhóm: 1) Chất thải khô hay còn gọi là
chất thải vô cơ, 2) Chất thải ướt hay còn gọi là chất thải hữu cơ, 3) Chất thải
nguy hại.
Chất thải thực phẩm là chất thải hữu cơ gồm thực phẩm không được ăn,
bị hỏng, bị thừa và bị bỏ đi. Chất thải thực phẩm sinh ra từ các quá trình sơ
chế nguyên liệu để nấu nướng hay đồ ăn thừa từ gia đình, nhà bếp trong
trường học, bệnh viện, cơ quan, nhà hàng hay hệ thống nhà ăn ở các khu du
lịch.
Trên thế giới tồn tại các định nghĩa khác nhau về chất thải thực phẩm
như sau:
Liên Hợp Quốc định nghĩa “chất thải thực phẩm là thực phẩm bị mất
mát trong khâu bán lẻ và tiêu thụ do hành vi của người bán hàng và người
mua hàng, đó là hành vi vứt bỏ thực phẩm”. Phân biệt với chất thải thực phẩm
là thất thoát thực phẩm. Liên Hợp Quốc định nghĩa “Thất thoát thực phẩm là
sự giảm khối lượng thực phẩm ăn được trong chuỗi cung ứng thực phẩm cho
con người, theo đó mất mát xảy ra ở khâu sản xuất, sau thu hoạch, chế biến”.
Theo cách hiểu này thì thực phẩm bao gồm cả sinh khối ban đầu có nghĩa cho
con người nhưng cuối cùng được sử dụng cho một số mục đích khác, chẳng
hạn như là nhiên liệu hoặc thức ăn gia súc.
Trong Liên minh Châu Âu, chất thải thực phẩm được định nghĩa là "bất
kỳ loại thực phẩm nào, còn sống hoặc nấu chín, đã bị loại bỏ, có dự định hoặc
TRẦN QUANG ANH

4

LỚP 1202

có yêu cầu phải loại bỏ". Năm 2014, liên quan đến các mục tiêu kinh tế xoay
vòng, Ủy ban Châu Âu đưa ra định nghĩa “chất thải thực phẩm là thực phẩm
(bao gồm cả các phần không ăn được) mất mát khỏi chuỗi cung cấp thực
phẩm, không bao gồm thực phẩm được chuyển sang các dạng vật liệu khác
như sản phẩm sinh học, thức ăn gia súc, hay được gửi đi để phân phối lại "(ví
dụ dưới hình thức quyên góp lương thực). Theo đó, tất cả các nước thành viên
của Liên minh châu Âu phải thiết lập khuôn khổ để thu thập và báo cáo về
chất thải thực phẩm trong các ngành. Các dữ liệu mới nhất được yêu cầu để
xây dựng kế hoạch phòng, chống lãng phí lương thực quốc gia, nhằm đạt mục
tiêu giảm khối lượng chất thải thực phẩm ít nhất là 30% trong thời gian từ
tháng 1 năm 2017 đến tháng 12 năm 2025.
Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ định nghĩa chất thải thực phẩm là
"thực phẩm không được ăn và thức ăn thừa của gia đình, cửa hàng rau, nhà
hàng, quán cà phê và nhà ăn nhân viên của các cơ sở công nghiệp".
1.1.2 Đặc điểm của chất thải thực phẩm
Chất thải thực phẩm có thành phần chính là các chất hữu cơ, bao gồm:
phụ phẩm cây trồng, đồ ăn thừa, rau quả hư hỏng, v.v...
Đặc trưng của chất thải thực phẩm là:
+ Tỷ lệ chứa nước khoảng 80% - 90%.
+ Dễ phân hủy: Trong điều kiện nhiệt độ cao, hàm lượng chất hữu cơ
cao trong rác thải nhà bếp có thể nhanh chóng phân hủy và bốc mùi.
+ Có mùi khó chịu: Do dễ bị phân hủy nên rác thải nhà bếp thường có
mùi khó chịu.
+ Có khả năng tồn tại các mầm bệnh, vi khuẩn và vi sinh vật gây bệnh.
Nếu không được xử lý thích đáng mà trực tiếp tận dụng sẽ tạo cơ hội cho các
mầm bệnh lây lan.
+ Có chứa các chất hữu cơ như: nito, carbon, kali, canxi và các nguyên
tố vi lượng khác.

TRẦN QUANG ANH

5

LỚP 1202


1.1.2 Vấn đề môi trường do chất thải thực phẩm trên thế giới và ở
Việt Nam
Theo các báo cáo mới của Tổ chức Nông Lương Liên Hợp Quốc (FAO,
2015), chất thải của 1,3 tỉ tấn thực phẩm mỗi năm không chỉ gây tổn hại cho
nền kinh tế, mà còn tác động xấu đến nguồn tài nguyên thiên nhiên nuôi sống
con người.
Các hậu quả của chất thải thực phẩm đối với khí hậu, nước, đất và đa
dạng sinh học đang được theo dõi. Một trong những phát hiện quan trọng là,
mỗi năm, thực phẩm được sản xuất ra nhưng không được ăn làm tiêu tốn một
lượng nước tương đương với dòng chảy hàng năm của sông Vôn-ga ở Nga và
làm gia tăng 3,3 tỉ tấn khí thải gây hiệu ứng nhà kính trong bầu khí quyển của
hành tinh. Ở các nước phát triển, ước tính khoảng 400-500 calo/ngày/người
đang bị lãng phí, trong khi ở các nước phát triển tốc độ lãng phí là 1.500
calo/ngày/người. Hơn 40% tổn thất về thực phẩm xảy ra ở giai đoạn sau thu
hoạch và chế biến, tiếp đó, hơn 40% thất thoát xảy ra ở các mức bán lẻ và
người tiêu dùng (FAO, 2013). Tổng chất thải thực phẩm của người tiêu dùng
ở các nước công nghiệp phát triển (222 triệu tấn) là gần như tương đương với
toàn bộ sản lượng lương thực ở châu Phi cận Sahara (230 triệu tấn).
Trong một nghiên cứu được thực hiện bởi National Geographic năm
2014, Elizabeth Royte chỉ ra hơn 30% thực phẩm ở Hoa Kỳ, trị giá 162 tỷ đô
la hàng năm, không hề được sử dụng. Đại học Arizona đã tiến hành một
nghiên cứu vào năm 2004, trong đó chỉ ra rằng 14-15% thực phẩm ăn được ở
Hoa Kỳ còn nguyên vẹn hoặc chưa mở, trị giá lên tới 43 tỷ đô la. Một cuộc

khảo sát khác do Food & Brand Lab, Đại học Cornell, Hoa Kỳ (2015), phát
hiện 93% số người được hỏi thừa nhận mua thức ăn mà họ không bao giờ sử
dụng đến.
Trước thực tế này, Tổ chức Nông lương Liên Hợp Quốc kêu gọi: “Tất
cả chúng ta, nông dân và ngư dân; các nhà chế biến thực phẩm và các siêu thị;
chính quyền địa phương và chính phủ; người tiêu dùng phải tạo ra sự thay đổi
TRẦN QUANG ANH

6

LỚP 1202


ở mỗi liên kết của chuỗi thực phẩm để giảm thiểu chất thải thực phẩm từ nơi
bắt đầu, và tái sử dụng hoặc tái chế chất thải. Chúng ta không thể cho phép
1/3 lượng thực phẩm chúng ta sản xuất ra trở thành chất thải hoặc bị mất đi do
thói quen không hợp lý, trong khi có 870 triệu người bị đói mỗi ngày”.
FAO cũng ban hành sổ tay hướng dẫn đi kèm nghiên cứu mới (FAO,
2015), bao gồm đề xuất làm thế nào để giảm chất thải và tổn thất lương thực ở
mỗi giai đoạn trong chuỗi thực phẩm. Sổ tay đề cập đến các dự án trên toàn
thế giới cho thấy chính phủ các nước, chính quyền địa phương, nông dân,
doanh nghiệp, và người tiêu dùng có thể hành động để giải quyết vấn đề này.
Theo nghiên cứu, 54% chất thải thực phẩm trên thế giới được tìm thấy
ở đoạn trên của quá trình sản xuất, xử lý sau thu hoạch và bảo quản. 46% chất
thải xảy ra ở đoạn dưới, trong quá trình chế biến, phân phối và tiêu thụ.
Theo xu hướng chung, các nước đang phát triển chịu tổn thất thực
phẩm nhiều hơn trong sản xuất nông nghiệp, mặc dù chất thải thực phẩm ở
khâu bán lẻ và người tiêu dùng có xu hướng cao hơn ở những khu vực thu
nhập trung bình và thu nhập cao, chiếm tới 31-39% tổng lượng chất thải, so
với những khu vực thu nhập thấp (4-16%).

Báo cáo của FAO nhấn mạnh, sản phẩm lương thực bị mất đi càng
muộn trong chuỗi, hậu quả đối với môi trường càng lớn, do chi phí môi
trường trong quá trình chế biến, vận chuyển, bảo quản và nấu nướng cộng với
chi phí sản xuất ban đầu.
Một số điểm nóng về chất thải thực phẩm được đề cập đến trong nghiên
cứu, gồm: chất thải ngũ cốc ở châu Á là một vấn đề nghiêm trọng, với những
tác động mạnh mẽ đến khí thải các-bon, nước và sử dụng đất. Chất thải từ lúa
gạo đặc biệt đáng lưu ý do khí thải mêtan độc hại kết hợp với lượng thải lớn.
Mặc dù lượng chất thải thịt ở tất cả các khu vực trên thế giới tương đối thấp,
ngành thịt vẫn đóng góp một tác động không nhỏ tới môi trường trên phương
diện chiếm hữu đất và khí thải các-bon, đặc biệt ở các nước thu nhập cao và
Mỹ La tinh, chiếm tới 80% tổng lượng chất thải thịt. Chất thải trái cây đóng
TRẦN QUANG ANH

7

LỚP 1202


góp một phần lớn vào dòng chất thải thực phẩm ở châu Á, Mỹ La tinh và châu
Âu, chủ yếu do lượng thải đặc biệt cao; Tương tự, lượng lớn chất thải rau củ ở
các khu vực công nghiệp hóa tại châu Á, châu Âu, Nam Á và Đông Nam Á
chuyển thành lượng các-bon lớn.
Theo FAO, hành vi của người tiêu dùng trong chuỗi cung là nguyên
nhân dẫn đến mức độ cao của chất thải thực phẩm ở các xã hội giàu có. Người
tiêu dùng không có kế hoạch mua sắm, mua quá nhiều, phản ứng quá tiêu cực
với hạn sử dụng tốt nhất của sản phẩm, trong khi chất lượng và tiêu chuẩn
thẩm mỹ khiến người bán lẻ từ chối một lượng lớn thực phẩm hoàn toàn có
thể ăn được.
Ở những nước đang phát triển, tổn thất sau thu hoạch ở phần đầu của

chuỗi cung là vấn đề chủ yếu, do kết quả của những hạn chế tài chính và công
nghệ thu hoạch, bảo quản và hạ tầng giao thông, kết hợp với điều kiện khí hậu
dễ làm hỏng thực phẩm.
Để giải quyết vấn đề này, sổ tay hướng dẫn của FAO (2015) ghi rõ:
- Cần ưu tiên giảm chất thải thực phẩm tại nguồn. Ngoài việc cải tiến
kỹ thuật trồng trọt chăn nuôi, không sử dụng tài nguyên thiên nhiên để sản
xuất thực phẩm không cần thiết.
- Trong trường hợp dư thừa thực phẩm, tái sử dụng trong chuỗi thực
phẩm là lựa chọn tốt nhất. Nếu thực phẩm không phù hợp cho người sử dụng,
lựa chọn tốt nhất tiếp theo là làm thức ăn chăn nuôi.
- Trong trường hợp không tái sử dụng được, cần đưa vào tái chế và
khôi phục: tái chế sản phẩm phụ, phân hủy yếm khí, gom lại và đốt cho phép
năng lượng và chất dinh dưỡng được khôi phục từ chất thải thực phẩm là một
lựa chọn tốt hơn so với việc chôn lấp xuống đất. Thức ăn thừa thối rữa trong
bãi chôn lấp là nguyên nhân tạo ra một lượng lớn khí mê-tan, một loại khí nhà
kính đặc biệt có hại.

TRẦN QUANG ANH

8

LỚP 1202


1.2

Xử lý chất thải thực phẩm trên thế giới và ở Việt Nam

1.2.1 Phương pháp thông thường
Như đã nói ở trên, chất thải thực phẩm khi để quá lâu sẽ là nơi tồn tại

các các vi sinh vật gây bệnh. Vậy nên cần xử lý chất thải thực phẩm một cách
hợp lý và tận dụng chúng cho các mục đích có lợi khác để vừa giảm thiểu khả
năng sinh mầm bệnh đồng thời tạo ra thêm nhiều sản phẩm sinh học.
Con đường tận dụng chất thải thực phẩm chia ra làm ba loại:
- Tận dụng làm thức ăn chăn nuôi;
- Tận dụng làm phân bón; và
- Tận dụng làm nhiên liệu.
Đối với chất thải thực phẩm chưa biến chất có thể sử dụng làm thức ăn
chăn nuôi, đối với chất thải thực phẩm không thể làm thức ăn chăn nuôi thì ưu
tiên sử dụng làm phân bón. Biện pháp biến chất thải thực phẩm thành phân
bón gồm có ủ phân hiếu khí và phân hủy kỵ khí. Trong đó việc phân hủy kỵ
khí vừa sản xuất ra phân bón vừa tạo ra khí sinh học. Nếu như trong chất thải
thực phẩm có lẫn các tạp chất , chi phí cho việc xử lý tạp chất để sản xuất
phân bón là khá cao, khi đó chất thải thực phẩm cần được đưa tới các bãi rác.
Việc xử lý ở bãi rác bao gồm chôn lấp hoặc đốt. Ví dụ, thực phẩm thừa chưa
bị phân hủy có thể làm thức ăn chăn nuôi, tuy nhiên nếu bị lẫn các tạp chất
như sắt, thủy tinh thì không thể tận dụng được nữa mà phải đem chôn lấp. Vì
vậy, ccó thể thấy việc thu gom độc lập các chất hữu cơ là điều kiện tối quan
trọng để có thể tận dụng chúng.
Việc lựa chọn phương thức xử lý chất thải thực phẩm được quyết định
bởi trình độ phát triển kinh tế và khả năng kiểm soát thu gom chất thải thực
phẩm từ nguồn phát sinh. Phương thức xử lý chất thải thực phẩm chủ yếu có:
trực tiếp làm thức ăn cho vật nuôi ăn tạp (như lợn), sấy khô để sản xuất thức
ăn chăn nuôi đại trà (cho nhiều loại vật nuôi), ủ phân hiếu khí, phân hủy kỵ
khí (để sản xuất phân bón và khí sinh học), chôn lấp hoặc là đốt. Nếu như
chất thải thực phẩm được kiểm soát từ nguồn thu gom và được hỗ trợ kinh phí
TRẦN QUANG ANH

9

LỚP 1202


xử lý thì việc tận dụng để tiến hành phân hủy kỵ khí sản xuất phân bón và tạo
khí sinh học mới trở nên khả thi.
Vì thu gom chất thải thực phẩm và xử lý chúng ngay từ đầu nguồn là
điều kiện rất quan trọng để có thể tận dụng tối đa chất thải thực phẩm, tại Mỹ
đã sử dụng một thiết bị xay rác ngay tại gia đình và được lắp dưới chậu rửa tại
nhà bếp. Đó là một cách rất hữu hiệu để tập trung chất thải thực phẩm không
lẫn tạp chất và từ đó dễ dàng tận dụng chúng.
1.2.2 Giải pháp tiêu hủy chất thải thực phẩm dưới bồn rửa
1.2.2.1 Lịch sử phát triển
Năm 1927, máy tiêu hủy chất thải thực phẩm đầu tiên trên thế giới
được tạo ra bởi kiến trúc sư John W. Hammes sống và làm việc ở thành phố
Racine, bang Wisconsin, Mỹ. Ông mong muốn giải phóng sức lao động, giúp
những người nội trợ trong gia đình đỡ vất vả trong việc thu dọn, lau rửa sau
bữa ăn. Toàn bộ thức ăn thừa như cơm, vỏ trứng, xương cá, thịt, rau, vỏ, rễ
của các loại củ, quả không sử dụng cho vào máy, nghiền nhỏ thành hỗn hợp
lỏng và thải ra ngoài theo đường thoát nước sinh hoạt gia đình, làm cho không
gian bếp sạch sẽ, không gây mùi, không gây tắc ống thoát, không bệnh truyền
nhiễm do muỗi, côn trùng từ chất thải thực phẩm gây ra, thân thiện với môi
trường xung quanh. John W. Hammes đã đưa ra ý tưởng, hoàn thiện và giành
được bằng sáng chế, đồng thời thành lập nên công ty sản xuất thiết bị này, lấy
tên công ty và tên sản phẩm là InSinkErator nghĩa là “máy tiêu hủy trong
chậu rửa”. Từ đó đến nay In-Sink-Erator vẫn luôn là nhà sản xuất lớn nhất
trên thế giới trong lĩnh vực tiêu hủy chất thải.

TRẦN QUANG ANH

10

LỚP 1202


Hình 1-1 Máy hủy chất thải thực phẩm dưới chậu rửa (InSinkErtor, 2013)
Góp phần vào sự tăng trưởng doanh số của InSinkErator là quan hệ đối
tác lâu dài của công ty với nhà thầu hệ thống nước (InSinkErator, 2013).
Không chỉ bán máy tiêu hủy chất thải thực phẩm, công ty còn sản xuất máy
ép rác gia đình, vòi nước nóng uống được lắp trên chậu rửa, cột vật liệu lọc
nước, v.v... Máy tiêu hủy chất thải thực phẩm cũng liên tục được cải tiến, sau
50 năm phát triển sản phẩm (những năm 1980) đã có 10 thế hệ máy được đưa
vào sử dụng, giành được cảm tình lớn của người sử dụng. Kể từ những năm
1940, InSinkErator là lựa chọn đầu tiên của các thợ sửa ống nước, nhà xây
dựng và nhà kinh doanh đồ dân dụng, bởi đây là một thương hiệu đáng tin cậy.
Thiết bị của công ty có bán tại các nhà bán lẻ và các trung tâm mua sắm hàng
đầu tại Mỹ. Đến nay, sau gần một thập kỷ, đã có 25 thế hệ máy tiêu hủy chất
thải thực phẩm ra đời, trong đó 16 mẫu được công nhận là bền, đẹp, dễ lắp đặt
và hoạt động không gây tiếng ồn vào loại tốt nhất trên thị trường (Down the
Sink, 2016).
Là thương hiệu máy tiêu hủy chất thải thực phẩm bán chạy nhất trên
thế giới, hàng triệu sản phẩm máy tiêu hủy chất thải của InSinkErator đã hoạt
động tại hơn 80 quốc gia trên toàn thế giới. Theo thống kê, tại Mỹ, năm 2009,
50% hộ gia đình sử dụng máy tiêu hủy chất thải thực phẩm lắp dưới chậu rửa.
Tại Anh và Canada, tỷ lệ sử dụng là 6% và 3%, với mục đích là giảm khối

TRẦN QUANG ANH

11

LỚP 1202

lượng chất thải đưa tới bãi chôn lấp rác. Tại Thụy Điển, máy tiêu hủy chất
thải thực phẩm được khuyến khích sử dụng để chế biến chất thải thực phẩm
sản xuất khí sinh học. Trong khi đó, tại Việt Nam, máy tiêu hủy chất thải thực
phẩm được giới thiệu bởi một số công ty là bạn hàng với InSinkErator (Mỹ),
tuy nhiên, do giá thành cao và thói quen tập trung chất thải thực phẩm trong
thùng rác, phần lớn các gia đình ở Việt Nam chưa từng biết đến và sử dụng
máy tiêu hủy chất thải thực phẩm. Ngoài ra, việc nghiền nhỏ chất thải thực
phẩm thành hỗn hợp lỏng và thải ra ngoài theo đường thoát nước sinh hoạt gia
đình sẽ làm tăng hàm lượng hữu cơ trong nước thải dân dụng, điều này chưa
được các cơ quan quản lý môi trường tại Việt Nam xem xét ảnh hưởng và ban
hành các quy định.
1.3

Nhu cầu sử dụng năng lượng sinh khối trong gia đình

1.3.1 Khái niệm sinh khối
Sinh khối là dạng vật liệu sinh học từ sự sống, đa số là cây cối tự nhiên,
cây trồng công nghiệp hay vật liệu có nguồn gốc từ thực vật như tảo, bã nông
nghiệp và lâm nghiệp. Sinh khối cũng bao gồm cả những vật chất được xem
nhưng chất thải từ xã hội con người như chất thải từ quá trình sản xuất thức
ăn, nước uống, bùn, phân bón, phụ gia hữu cơ công nghiệp, chất thải sinh hoạt
hữu cơ (Biomass Energy Center, 2016).
Được xem là nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sinh khối có thể
dùng trực tiếp, gián tiếp một lần hay chuyển thành các dạng năng lượng khác
như điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiên liệu. Sinh khối có thể chuyển
thành năng lượng theo ba cách: chuyển đổi nhiệt (đốt trực tiếp, đốt kết hợp),
chuyển đổi hóa học (nhiệt phân, khí hóa), và chuyển đổi sinh hóa (phân hủy
yếm khí).

1.3.2 Tiềm năng sinh khối trên thế giới
Trong những năm gần đây, sự quan tâm đến năng lượng sinh khối nói
riêng và năng lượng tái tạo nói chung đã tăng mạnh trên toàn cầu do nhu cầu
thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch. Có hai nguyên nhân chính cho việc
TRẦN QUANG ANH

12

LỚP 1202


thay đổi này, đó là: i) do nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, than, khí thiên nhiên)
đang ngày càng cạn kiệt dần. Theo Hội đồng Năng lượng Thế giới (WEC),
trong lòng đất còn 200 tỷ tấn dầu và 200.000 tỷ mét khối khí thiên nhiên,
3.000 tỷ tấn than. Với mức độ tiêu thụ hiện tại, khối lượng dầu mỏ và khí đốt
sẽ chỉ đủ dùng trong khoảng 50 năm nữa; và ii) việc khai thác nhiên liệu hóa
thạch gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Hiện nay, trên thế giới năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng thứ
tư (xếp sau than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên), chiếm tới 15% tổng năng lượng
tiêu thụ toàn thế giới. Ở các nước đang phát triển, năng lượng sinh khối
thường là nguồn năng lượng lớn nhất, chiếm 35-45% tổng cung cấp năng
lượng (World Energy Center, 2014). Có thể nói năng lượng sinh khối giữ vai
trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương
lai.
Tóm lại, năng lượng sinh khối thu hút được sự quan tâm của xã hội là
nhờ sự kết hợp giữa những yếu tố như sau:
•

Sự dồi dào, dễ khai thác và tính chất bền vững của năng lượng sinh
khối.

•

Tiến bộ trong các kỹ thuật khai thác chuyển đổi năng lượng sinh khối

•

Xã hội bắt đầu nhận thức một cách rộng rãi hơn vai trò của năng lượng
sinh khối như một phương thức chuyển hóa năng lượng. Không giống
các năng lượng tái tạo khác, năng lượng sinh khối không chỉ thay thế
năng lượng hóa thạch mà còn góp phần xử lý chất thải vì tận dụng các
nguồn chất thải này để tạo ra năng lượng.

•

Xã hội nhận thức được ích lợi của việc khai thác năng lượng sinh khối
vào tiến trình bảo vệ sự cân bằng môi trường sống và điều tiết khí hậu.
Việc sử dụng sinh khối để tạo năng lượng có tác động tích cực đến môi
trường do tạo ra ít CO2 hơn năng lượng hóa thạch. CO2 tạo ra bởi việc
đốt sinh khối sẽ được cô lập tạm thời trong cây cối được trồng mới.

TRẦN QUANG ANH

13

LỚP 1202


1.3.3 Tiềm năng sinh khối tại Việt Nam
Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp và điều kiện tự nhiên nóng ẩm,

mưa nhiều nên sinh khối ở Việt Nam phát triển rất nhanh. Đó là các chất thải
hữu cơ có khả năng phân hủy yếm khí từ trồng trọt, chăn nuôi, sinh hoạt trong
gia đình.
Tiềm năng về năng lượng sinh khối của Việt Nam được đánh giá là rất đa
dạng và có trữ lượng khá lớn. Theo tính toán của Viện Năng lượng Việt Nam
(iEVN, ievn.com.vn), tổng nguồn sinh khối vào khoảng 118 triệu tấn/năm bao
gồm khoảng 40 triệu tấn rơm rạ, 8 triệu tấn trấu, 6 triệu tấn bã mía và trên 50
triệu tấn vỏ cà phê, vỏ đậu, phế thải gỗ. Ngoài ra còn có chất thải gia súc, chất
thải đô thị. Nguồn sinh khối chủ yếu của nước ta gồm gỗ và phụ phẩm cây
trồng. Tiềm năng năng lượng sinh khối gỗ lên đến gần 25 triệu tấn, tương
đương với 8,8 triệu tấn dầu thô (Nguyễn Quang Khải, 2002). Riêng tiềm năng
năng lượng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp gồm rơm, rạ, trấu, bã mía và các
loại nông sản khác lên đến gần 53,5 triệu tấn, tương đương với 12,8 triệu tấn
dầu thô. Ðặc biệt nguồn năng lượng này sẽ liên tục được tái sinh và tăng
trưởng đều đặn trong vòng 30 năm.
Hàng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông
nghiệp trong đó 40% được sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia
đình và sản xuất điện (theo www.renewableenergy.org.vn).
1.3.4 Tình hình sử dụng sinh khối trong gia đình ở Việt Nam
Hiện nay, 90% sản lượng sinh khối được dùng để đun nấu trong khi chỉ
có 2% được dùng làm phân bón hữu cơ và phân bón vi sinh, 0.5% được sử
dụng để trồng nấm và khoảng 7.5% chưa được sử dụng. (Hoàng Thị Thu
Hường, 2014).
Sinh khối được sử dụng ở hai lĩnh vực chính là sản xuất nhiệt và sản
xuất điện. Sinh khối cung cấp hơn 50% tổng năng lượng sơ cấp tiêu thụ cho
sản xuất nhiệt tại Việt Nam (Nguyễn Quang Khải, 2006). Tuy nhiên phần
đóng góp này của sinh khối đang ngày càng giảm dần trong những năm gần
TRẦN QUANG ANH

14

LỚP 1202


đây khi các dạng năng lượng hiện đại khác như khí hoá lỏng LPG được đưa
vào sử dụng. Ở các vùng nông thôn, năng lượng sinh khối vẫn là nguồn nhiên
liệu chính để đun nấu cho hơn 70% dân số nông thôn (Cục Chăn nuôi, 2011).
Đây cũng là nguồn nhiên liệu truyền thống cho nhiều nhà máy sản xuất tại địa
phương như sản xuất thực phẩm, mỹ nghệ, gạch, sứ và gốm.
Bên cạnh việc đáp ứng nhu cầu năng lượng, ứng dụng sinh khối phù
hợp còn giúp giảm thiểu phát thải nhà kính, giảm thiểu những tổn hại đến sức
khoẻ do việc đun đốt củi và than, giảm nghèo và cải thiện tình hình vệ sinh.
Như vậy, đóng góp của việc ứng dụng khí sinh học vào việc giảm thiểu phát
thải có thể sinh ra doanh thu thông qua các chương trình Cơ chế phát triển
sạch (CDM).
1.3.5 Hạn chế của năng lượng sinh khối
Mặc dù được đánh giá là nguồn năng lượng sạch, lợi ích nhiều và hầu
hết là vô hại nhưng năng lượng sinh khối vẫn tồn tại một số nhược điểm như
phân bố không tập trung, nhiệt trị thấp, khối lượng riêng nhỏ nên phức tạp khi
vận chuyển và chứa trữ. Ngược lại, giá thành rẻ, thích hợp nhất với quy mô
hộ gia đình hoặc các mô hình công nghiệp nhỏ và vừa. Vì vậy, cùng với hoàn
thiện công nghệ sử dụng nhiên liệu thì phát triển công nghệ phụ trợ như tiền
xử lý, đóng gói, chuyên chở cũng là một trong những yếu tố cần quan tâm khi
phát triển năng lượng sinh khối.
1.4 Đại cương về khí sinh học
Việt Nam là nước có tỷ trọng nông nghiệp cao trong nền kinh tế với sản
xuất quy mô nhỏ phổ biến, chất thải từ quá trình trồng trọt, chăn nuôi của các
hộ gia đình tuy phân tán nhưng khá phong phú. Do đó áp dụng công nghệ sản
xuất khí sinh học quy mô nhỏ cho hộ gia đình là một giải pháp phù hợp để
phục vụ nhu cầu sinh hoạt như thắp sáng, nấu ăn,… góp phần giảm bớt sự quá

tải cho các ngành sản xuất năng lượng (điện, xăng dầu) đồng thời giảm bớt
ảnh hưởng tới môi trường từ các quá trình phân hủy chất thải.

TRẦN QUANG ANH

15

LỚP 1202


1.4.1 Khái niệm biogas
Biogas hay khí sinh học (biological gas) là hỗn hợp khí sinh ra từ quá
trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong môi trường
yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 – 40oC.
Tiến trình tổng quát như sau:

Một phần CO2 đã bị giữ lại trong một số sản phẩm quá trình lên men
như những ion K+, Ca2+, NH3+, Na+. Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 - 70%
CH4 và khoảng 30 - 40% CO2.
Vật liệu thô phổ biến dùng để tạo ra biogas thường được xem như là
vật liệu thừa, ví dụ phân gia súc, bùn trong hệ thống cống rãnh, và các phế
phẩm thực vật. Tất cả các vật liệu này có nguồn dinh dưỡng cao thích hợp
cho sự tăng trưởng của các vi khuẩn yếm khí. Tùy thuộc vào các yếu tố như
thành phần của các vật liệu đầu vào, khối lượng chất hữu cơ áp dụng, thời
gian và nhiệt độ của phân hủy yếm khí mà thành phần sản phẩm biogas biến
đổi như sau: CH4 (55 – 65%), CO2 (35 – 45%), N2 (0 – 3%), H2 (0 – 1%),
H2S (0 – 1%), v.v. Trong đó, CH4 cung cấp nhiệt lượng cao nhất (9.000
kcal/m3); thông thường trong sản phẩm biogas cung cấp nhiệt lượng khoảng
4.500 – 6.300 kcal/m3.
1.4.2 Lợi ích của công nghệ biogas

1.4.2.1 Tạo ra nguồn năng lượng
Quá trình tạo ra nguồn năng lượng khí biogas từ hoạt động phân hủy yếm
khí của các chất thải hữu cơ là lợi ích cao nhất của công nghệ biogas. Thực
tiễn sản xuất biogas trong khu vực nông thôn có một số thuận lợi như bù đắp
nhiên liệu, than, dầu, gỗ và các vấn đề liên quan đến việc quản lý và hệ thống
mạng lưới phân phối năng lượng.

TRẦN QUANG ANH

16

LỚP 1202


Dựa vào giá trị nhiệt năng của biogas (4.500 – 6.300 kcal/m3), ước tính
khi đốt hoàn chỉnh 1 m3 biogas có thể (Nguyễn Văn Phước, 2012):
1. Chạy 1 động cơ 2 mã lực trong 2 giờ
2. Cung cấp 1.25 kwh điện
3. Cung cấp nhiệt để nấu 3 bữa ăn trong 1 ngày cho 5 người
4. Cung cấp 6h cho 1 bóng đèn 60W
5. Chạy 1 tủ lạnh công suất 1m3 khoảng 1h
6. Chạy 1 máy ủ công suất 1 m3 khoảng 0.5h
Vì vậy, 1m3 biogas tương đương 0.4kg dầu diesel; 0.6 kg xăng; hoặc
0.8 kg than.
1.4.2.2 Ổn định chất thải
Các phản ứng sinh học xuất hiện trong quá trình phân hủy yếm khí sẽ
làm giảm nồng độ của các chất hữu cơ từ 30 - 60% và ổn định bùn có thể
dùng để làm phân bón và cải tạo đất.
1.4.2.3 Cung cấp chất dinh dưỡng
Các chất dinh dưỡng (N, P, K) hiện diện trong chất thải thường tồn tại

dưới dạng phức chất và rất khó hấp phụ bởi cây trồng. Sau khi phân hủy ít
nhất 50%, N hiện diện dưới dạng ammonia hòa tan, có thể thực hiện hóa trình
nitrate hóa tạo thành NO3− . Vì vậy quá trình phân hủy sẽ tăng đô hữu dụng
của N trong các chất hữu cơ từ 30 - 60%. Hàm lượng P, K không thay đổi
trong quá trình phân hủy. Quá trình phân hủy không phân hủy hay dịch
chuyển bất cứ thành phần nào trong các dạng dinh dưỡng của chất thải đô thị
và trong các trại và làm cho nó hữu dụng thích hợp cho việc hấp thụ của cây
trồng. Bùn lắng từ quá trình phân hủy được xem như là chất làm ổn định và
cải tạo đặc tính vật lý đất.
1.4.2.4 Ức chế hoạt tính của mầm bệnh
Trong thời gian ủ phân yếm khí chất thải phân hủy cần khoảng 15 - 50
ngày ở nhiệt độ 35oC. Những điều kiện này thích hợp cho việc ức chế một số
mầm bệnh như vi khuẩn, virus, động vật nguyên sinh, trứng giun sán.
TRẦN QUANG ANH

17

LỚP 1202


1.4.3 Hạn chế của công nghệ biogas
Kỹ thuật biogas có một vài trở ngại như như chi phí cao, sản phẩm
biogas biến đổi theo mùa, cũng như các vấn đề trong vận hành và bảo trì, do
việc ức chế mầm bệnh trong phân hủy yếm khí không hoàn chỉnh và bùn hình
thành từ quá trình phân hủy tồn tại dưới dạng dung dịch. Bởi vậy cần lưu ý
khi lưu trữ và sử dụng lại bùn từ quá trình phân hủy.
1.4.4 Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas
1.4.4.1. Nguyên tắc tạo biogas
Phân hủy kị khí dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí. Sự phân hủy kị
khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng nghìn sản phẩm trung gian, với sự

tham gia của các chủng vi sinh vật đa dạng. Đó là sự phân huỷ protein, lipid,
tinh bột tạo thành axit amin, glycerin, axit béo, methyamin... cùng các chất
độc hại như tomain, indol, scaltol, và cuối cùng là liên kết cao phân tử
không phân hủy được dễ dàng bởi vi khuẩn như lignin, cellulose.
1.4.4.2 Bản chất quá trình tạo biogas
Quá trình tạo ra biogas lá quá trình dựa vào các vi khuẩn yếm khí để
lên men phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy
được: H2, H2S, NH3, CH4, C2H2, … trong đó CH4 là sản phẩm khí chủ yếu,
nên còn gọi là quá trình lên men tạo metan.
1.4.4.3 Các phản ứng sinh hóa
Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ là một phản ứng sinh hóa rất
phức tạp bao gồm những phản ứng và sự tham gia của các hợp chất hữu cơ
khác nhau, mỗi một hợp chất được thủy phân bởi một enzymes cụ thể hoặc là
chất xúc tác riêng biệt. Phản ứng đơn giản của quá trình này là:

Các hợp chất hữu cơ

Phân hủy yếm khí

CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S (1-1)

Một cách tổng thể, quá trình tạo biogas gồm 3 giai đoạn chính:

TRẦN QUANG ANH

18

LỚP 1202