Đặt vấn đề Trong bối cảnh tài nguyên năng lƣợng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lƣợng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trƣớc tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lƣợng khác nhau, nhất là năng lƣợng tái lập. Một trong những năng lƣợng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lƣợng có từ sự phân hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc nhƣ trâu, bò, heo đó chính là năng lƣợng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Ở nƣớc ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lƣợng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn.
Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn.Phú Bình là một trong những huyên của tỉnh Thái Nguyên, sản xuất nông nghiệp vẫn là chủ yếu, công nghiệp, dịch vụ vẫn chƣa phát triển nhiều. Chăn nuôi đặc biệt đóng vai trò quan trong trong kinh tế hộ gia đình và là một trong những nguồn thu chủ yếu của nông hộ. Trong đó xã Thanh Ninh- huyện Phú Bình - tỉnh Thái Nguyên, đƣợc đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhất xa với 1500 con heo, 850 con bò. Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trƣờng và chính sách kinh tế.
Các biện pháp kỹ thuật phổ biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas, bể chứa phân, bón phân đã xử lý vào đất, sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải. Trong đó, xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống n 2 biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình bioga có hiệu quả thì công việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng. "Đánh giá tình hình sử dụng hầm biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi tại xã thanh ninh, huyện phú bình, tỉnh thái nguyên và đƣa ra các giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm biogas" trong sản xuất nông nghiệp là rất cần thiết.
Mục tiêu của đề tài 1.1 Mục tiêu chung Đánh giá hiện trạnh sử dụng mô hình biogas ở xã Thanh Ninh huyện Phú Bình - Thái Nguyên, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng. Từ đó đề xuất những giải pháp khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phƣơng.2 Mục tiêu của đề tài - Đánh giá thực trạng áp dụng hầm khí biogas trong chăn nuôi trên địa bàn xã Thanh Ninh - huyện Phú Bình - Thái nguyên - Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến việc ứng dụng công nghệ hầm biogas vào chăn nuôi ở xã Thanh Ninh - Đề xuất các giải pháp tăng cƣờng ứng dụng công nghệ biogas vào chăn nuôi của các hộ trên địa bàn xã Thanh Ninh. Yêu cầ u của đề tài - Điều tra thu thập thông tin, hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã Thanh Ninh - Số liệu phản ánh trung thực, khách quan - Đề xuất giải pháp khắc phục những khó khăn ở địa phƣơng - Những kiến nghị đƣa ra có tính khả thi phù hợp với điều kiện kinh tế của vùng n 3 1. Ý nghĩa của đề tài: Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học - Tạo cơ hội áp dụng và thực hành những kiến thức đã học vào thực tế.
- Nâng cao hiể u biế t thêm về kiế n thƣ́c thƣ̣c tế. - Phát triển kỹ năng , trau dồ i , tích lũy kinh nghiệm phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này. - Bổ sung tƣ liê ̣u cho ho ̣c tâ ̣p, nghiên cƣ́u khoa ho ̣c. Ý nghĩa thực tiên - Phản ánh thực trạng của vệc sử dụng bioga của các hộ gia đình tại địa phƣơng.
- Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng biogas đem lại và giải quyết những khó khăn tồn tại. - Tuyên truyề n , nâng cao nhâ ̣n thƣ́c về bảo vê ̣ môi trƣờng cho ngƣời dân điạ phƣơng, cho các tổ chƣ́c, cá nhân tham gia hoạt động. - Nâng cao chấ t lƣơ ̣ng môi trƣờng phu ̣c vu ̣ cho hoa ̣t đô ̣ng số ng của ngƣời dân trên điạ bàn. - Làm cơ sở cho công tác quy hoạch , kế hoa ̣ch , xây dƣ̣ng chiń h sách bảo vệ môi trƣờng đất - nƣớc ta ̣i điạ phƣơng.
n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa ho ̣c của đề tài 2.1 Một số khái niệm * Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 9 thông qua ngày 14 tháng 2 năm 2015, định nghĩa nhƣ sau: “Môi trƣờng bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con ngƣời, có ảnh hƣởng đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con ngƣời và sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trƣờng Việt Nam 2005: “Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi trƣờng không phù hợp với tiêu chuẩn môi trƣờng, gây ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời, sinh vật”. * Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lƣợng nƣớc không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau,vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hƣởng xấu đến đời sống con ngƣời và sinh vật.
Nƣớc trong tự nhiên tồn tại dƣới nhiều hình thức khác nhau: Nƣớc ngầm, nƣớc ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí. Nƣớc bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con ngƣời và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nƣớc ô nhiễm thƣờng là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu. * Chất thải chăn nuôi lợn: Bao gồm chất thải rắn và chất thải lỏng, chất thải rắn bao gồm phân, gia súc chết, nhau thai,.
Chất thải lỏng là nƣớc tiểu, chất nhầy, nƣớc rửa chuồng trại và rửa các dụng cụ dùng trong chăn nuôi. n 5 * Nước thải chăn nuôi: Nƣớc thải chăn nuôi là một loại nƣớc thải rất đặc trƣng và có khả năng gây ô nhiễm môi trƣờng cao do có chứa hàm lƣợng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và vi sinh vật gây bệnh. * Nước thải sinh hoạt: Là nƣớc thải từ các khu dân cƣ, khu vực hoạt động thƣơng mại, khu vực công sở, trƣờng học và các cơ sở trƣờng học khác. * Nước thải công nghiệp: Là nƣớc thải từ các nhà máy đang hoạt động hoặc trong đó nƣớc thải công nghiệp là chủ yếu.
* Nước thải thấm qua: Là lƣợng nƣớc thấm vào hệ thống ống bằng nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay hố xí. * Nước thải tự nhiên: Nƣớc mƣa đƣợc xem nhƣ nƣớc thải tự nhiên ở những thành phố hiện đại, chúng đƣợc thu gom theo hệ thống riêng. * Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trƣờng đã đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa nhƣ sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số về chất lƣợng môi trƣờng xung quanh, về hàm lƣợng của chất gây ô nhiễm trong chất thải đƣợc cơ quan nhà nƣớc có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trƣờng”.2 Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp a. Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogas - Đặc tính chung của nguyên liệu biogas (khí sinh học) là một loại khí đƣợc sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kị khí.
vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và khí đƣợc sinh ra. bioga là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nito, hydro sunfua… chất thải của động vật (phân, nƣớc tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồn nguyên liệu lớn, chƣa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển n 6 hóa sinh học để tạo biogas. khối lƣợng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại và đặc điểm ngành của từng quốc gia.1: Thành phần trung bình của các loại nƣớc tiểu gia súc Loại gia Thành phần trong nƣớc tiểu (%) súc, gia Nƣớc CHO N P2O5 CaO MgO Cl cầm Trâu, bò 92,5 6,0 1,0 0,01 1,5 0- 1,1 0,1 Ngựa 89,0 7,0 1,2 0,05 1,50 0,24 0,2 Lợn 94,0 2,5 0,5 0,05 1,0 0- 0,2 0- 0,1 ( Nguồn: Suzuki Tatsushiko, 2008) - Khả năng sản sinh biogas hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbonhydrat, xenlulozo đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas. - Thành phần, tính chất biogas Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng 700oC.
Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870oC. Thành phần biogas bao gồm 50-70% CH4 ; 35-50% CO2 hàm lƣợng hơi nƣớc khoảng 30-160g/m3.Gía trị năng lƣợng khoảng 5,96Wh/m3 và tỷ trọng 0,94kg/m3.Lƣợng không khí cần thiết cho quá trình cháy của biogas khoảng 5,7m3không khí/m3biogas, với tốc độ cháy khoảng 40cm/s.2: Thành phần khí trong hỗn hợp khí Biogas STT Loại khí Thành phần khí(%) 1 CH4 55 – 65 2 CO2 35 – 43 3 N2 0–3 4 H2 0–1 n 7 5 H2S 0–1 Tùy thuộc vào thành phần tính chất của nƣớc thải chăn nuôi, thời gian lƣu nƣớc, trọng tải chất hữu cơ, nhiệt độ… mà lƣợng khí sinh ra là khác nhau. Các yếu tố lý hóa ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh học Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ tạo biogas đƣợc thực hiện các nhóm vsv. các vsv này sử dụng một số enzym để làm chất xúc tác cho phản ứng sinh học.
hoạt động của các enzym này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng nhằm tối ƣu hóa quá trình chuyển hóa sinh học.