ĐẶT VẤN ĐỀ Cùng với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế nƣớc ta, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng trở thành vấn đề bức thiết hiện nay. Một trong những nguồn chất thải gây ô nhiễm là từ chăn nuôi. Ngành chăn nuôi ở nƣớc ta những năm gần đây đã và đang phát triển nhanh chóng về cả chất lƣợng và quy mô. Tuy nhiên chăn nuôi hộ gia đình nhỏ lẻ cũng nhƣ trang trại chăn nuôi lớn việc quản lý và sử dụng các nguồn chất thải từ chăn nuôi còn nhiều bất cập.
Một số trang trại lớn đã có những biện pháp xử lý nguồn chất thải chăn nuôi. Song còn một số trang trại chƣa đƣợc quan tâm, đặc biệt là chăn nuôi nhỏ lẻ hộ gia đình việc xử lý chất thải hầu nhƣ còn bị thả nổi. Một trong những nguyên nhân là do ngƣời chăn nuôi chƣa hiểu rõ tầm quan trọng của việc xử lý nguồn chất thải. Kinh phí phục vụ cho việc xử lý chất thải còn thấp, luật xử lý chất thải còn chƣa đồng bộ và khó áp dụng, chăn nuôi nhỏ lẻ cũng là một trong những nguyên nhân làm việc quản lý và xử lý chất thải còn gặp nhiều khó khăn [ 8 ].
Theo số liệu của Tổng cục thống kê, năm 2014 đàn lợn nƣớc ta có khoảng 26,76 triệu con, đàn trâu bò khoảng 7,75 triệu con, đàn gia cầm khoảng 327,69 triệu con. Trong đó chăn nuôi nông hộ hiện tại vẫn chiếm tỷ trọng khoảng 65-70% về số lƣợng và sản lƣợng. Từ số đầu gia súc, gia cầm đó có quy đổi đƣợc lƣợng chất thải rắn (phân chất độn chuồng, các loại thức ăn thừa hoặc rơi vãi) của đàn gia súc, gia cầm thải ra khoảng trên 76 triệu tấn và khoảng trên 30 triệu khối chất thải lỏng(nƣớc tiểu, nƣớc rửa chuồng, nƣớc từ sân chơi, bãi vận động, bãi chăn). Phân của vật nuôi chứa nhiều chất chứa nitơ, phốt pho, kẽm, đồng, chì, Asen, Niken ( kim loại nặng).
và các vi sinh vật gây hại khác, không những gây ô nhiễm không khí mà còn làm ô nhiễm đất, làm rối loạn độ phì đất, mặt nƣớc mà cả nguồn nƣớc ngầm. Theo báo cáo của Tổ chức Lƣơng thực Thế giới (FAO), chất thải của gia súc toàn cầu tạo ra 65% lƣợng Nitơ oxit(N2O) trong khí quyển. Đây là loại khí có khả năng hấp 1 thụ năng lƣợng mặt trời cao gấp 296 lần so với khí CO2. Cùng với các loại khí khác nhƣ CO2, CH4,.
gây nên hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên [ 2 ]. Trƣớc tình trạng đó, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền vững cũng nhƣ giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng nông thôn có một giải pháp rất hiệu quả: Làm hầm Biogas trong các hộ gia đình. Sử dụng biogas phục vụ cho đun nấu, thắp sáng trong gia đình, đồng thời chất thải của động vật nuôi còn chất hữu cơ đƣợc xử lý trong hầm kín, tránh đƣợc mùi hôi thối, xử lý ô nhiễm và chất cặn bã có thể xử dụng làm phân bón, đóng góp vào sự phát triển kinh tế, cải thiện đời sống cho nhân dân ở các vùng nông thôn [ 8]. Xã Cầu Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa là xã nổi tiếng về sản xuất rƣợu Chi Nê, sản phẩm còn lại sau khi đã chƣng cất để tạo ra rƣợu là bã rƣợu đƣợc dùng làm thức ăn cho lợn, nên Cầu Lộc đƣợc đánh giá là xã có đàn gia súc khá lớn đặc biệt là chăn nuôi lợn.
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 biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên, trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống Biogas đã gặp không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm.
Xuất phát nguyện vọng của bản thân và sự nhất trí của Khoa Quản lý tài nguyên rừng & Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài:“Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả và phát triển mô hình xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas tại xã Cầu Lộc, huyện Hậu Lộc, tỉnh Thanh Hóa”. 2 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của công nghệ Biogas 1.1 Các nguồn lịch sử của công nghệ khí sinh học Các hệ thống nghiên cứu đầu tiên về sản xuất khí sinh học bắt đầu một nhà nhà khoa học Ý tên là Allesandro Volta, là một trong những ngƣời tham gia vào các nghiên cứu điện hiện nay, và tên đơn vị điện áp đo đƣợc gọi là “V”. Vào những năm 1770 Volta để ý đến khí đầm lầy trong trầm tích của các hồ ở miềm Bắc Italy, sau đó ông bắt đầu tiến hành thí nghiệm về sự cháy của khí này. Faraday, nhà vật lý ngƣời Anh đã thử nghiệm với khí đầm lầy và xác định nó nhƣ là một Hydrocacbon.
Chỉ trong năm 1821, nhà nghiên cứu Avogadro đã thiết lập công thức hóa học của khí mêtan (CH4). Nhà vi khuẩn học nổi tiếng của Pháp, Pasteur vào năm 1884 đã tiến hành thử nghiệm với phân rắn. Ông là ngƣời đầu tiên đề xuất việc sử dụng các phân từ các chuồng nuôi gia súc ở Paris để sản xuất khí đốt giúp chiếu sáng đƣờng phố. Cùng với sự phát triển của công nghệ, năm 1897 tại một bệnh viện cho bệnh nhân ở Bombay, Ấn Độ đƣợc xây dựng nhà máy đầu tiên, khí đốt đƣợc sử dụng cho chiếu sáng và năm 1907 đã đƣợc cung cấp các công cụ để sản xuất điện [10].
Tại Đức, một kỹ sƣ từ nhà máy xử nƣớc thải, gọi là “Emshersky”. Hôm nay, mỗi nhà máy xử lý giai đoạn kỵ khí là sản xuất khí thải từ đó đƣợc sử dụng để sƣởi ấm các lò lên men hoặc cho nhiệt và điện. Trƣớc và trong chiến tranh thế giới II Đức, để đáp ứng nhu cầu tăng lên đối với “nhiên liệu khí đốt” ngƣời ta đã cố gắng gia tăng sản xuất của khí thải bằng cách cho thêm chất thải rắn hữu cơ đƣợc sử dụng một phƣơng pháp gọi là Kofermentatsiey ngày hôm nay. Năm 1940, ở Stuttgart lần đầu tiên cho thành công có thể pha trộn với dầu tách chất béo [10].2 Nguồn gốc của ngành khí sinh học trong nông nghiệp Chỉ sau chiến tranh, nông nghiệp đƣợc cho là một nhà cung cấp tiềm năng nguyên liệu của các khí sinh học – Đó là nguồn chất thải của gia súc.
Đại học lỹ thuật Darmstadt năm 1947 đã phát triển một nhà máy khí sinh học cho các doanh nghiệp nhỏ nông nghiệp với một bể lên men ngang có tựa đề “Hệ thống Darmstadt”. Các loại khác đối với phân rắn nhƣ đã biết và đã đƣợc phát triển tại Berlin và Munic [10].2 Việt nam Chƣơng trình KSH đã đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở Việt Nam từ những năm 1960. Lịch sử phát triển chƣơng trình KSH ở Việt Nam có thể đƣợc chia thành 4 thời kì nhƣ sau: Thời kì 1960 -1975 Ở miền Bắc Việt Nam, những thông tin về sử dụng khí sinh học trong phong trào “Đại nhảy vọt” của Trung Quốc vào những năm 1975-1960 đã gây đƣợc sự chú ý của nhiều ngƣời. Tại một số địa phƣơng, nhiều cá nhân và cơ quan đã tìm hiểu và xây dựng thử các thiết bị KSH nhƣ Hà Nội, Bắc Thái, Hà Nam Ninh, Hải Hƣng.
Tuy nhiên, vì những lý do về kỹ thuật và quản lý, các công trình này không đạt hiệu quả mong muốn. Ở miền Nam Việt Nam, Năm 1960 Nhà khảo cứu và nông lâm súc của chính quyền Sài Gòn có thí nghiêm biện pháp sản xuất khí metan từ phân động vật, nhƣng do việc nhập cảng ồ ạt các loại khí đốt Butan, Propan và phân hóa học nên ý đồ triển khai việc nghiên cứu đã không đƣợc thực hiện [4]. Thời kì 1976-1980 Sau khi đất nƣớc thống nhất (1975), trƣớc nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội hóa, nâng cao mức sống của nhân dân, các dạng năng lƣợng mới và tái tạo nói chung, trong đó có khí sinh học nói riêng lại đƣợc chú ý tới. Thiết bị sản xuất khí sinh học đƣợc lựa chọn để thử nghiệm ban đầu thuộc loại nắp nổi bằng tôn, bể phân hủy xây bằng gạch và có cổ bể có gioăng nƣớc để gữi kín khí đƣợc tích trong nắp chứa khí.
Tuy nhiên, những công 4 trình này đã phải bỏ dở vì những lý do kỹ thuật và quản lý. Tới cuối năm 1979, công trình khí sinh học ở nông trƣờng Sao Đỏ(Mộc Châu, Sơn La) có thể tích phân hủy là 27 m3 đã hoàn thành và hoạt động tốt. Kết quả này là nguồn cổ vũ khích lệ lớn đối với cán bộ nghiên cứu, những nhà quản lý và nhân dân, đặt cơ sở cho việc triển khai tiếp tục công nghệ khí sinh học sau này [4]. Thời kỳ 1981 – 1990 Trong hai kỳ kế hoạch 5 năm, từ 1981 – 1985 và 1985 – 1990 công nghệ khí sinh học đã trở thành một trong những lĩnh vực ƣu tiên trong Chƣơng trình nghiên cứu cấp nhà nƣớc về Năng lƣợng mới(mã số 52C).
Đến năm 1990, nhiều tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình khí sinh học đƣợc xây dựng. Phát triển mạnh mẽ nhất là các tỉnh ở phía Nam vì có những điều kiện thuận lợi về kinh tế - xã hội và khí hậu. Tính chung trong toàn quốc thời kỳ này có khoảng trên 2.000 công trình [4]. Thời kì 1991 tới nay Sau khi kết thúc kế hoạch 1986-1990, chƣơng trình 52C giải thể.
Hoạt động nghiên cứu và triển khai về năng lƣợng mới(NLM) không đƣợc đƣa vào chƣơng trình Năng lƣợng của nhà nƣớc, việc phát triển NLM bị chững lại. Từ năm 1993 tới nay, công nghệ khí sinh học đƣợc phát triển mạnh mẽ trong khuôn khổ các Dự án về vệ sinh môi trƣờng, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều kiểu thiết bị khí sinh học mới. Thiết bị dạng túi chất dẻo PE theo mẫu của Cô-lôm-bi-a, đƣợc phát triển nhờ Dự án SAREC- S2-VIE22 do Viện Chăn nuôi Quốc gia, Hội làm vƣờn Trung ƣơng, Cục Khuyến nông và Khuyến lâm và Đại học Nông–Lâm thành phố Hồ Chí Minh triển khai. Thiết bị nắp cố định có vòm bán cầu bằng compozit, phần dƣới xây bằng gạch lúc đầu có dạng hình trụ, nay “cải tiến” thành dạng hình hộp do Trung tâm Tƣ vấn Hỗ trợ phát triển nông thôn thực hiện [4].