Nghiên cứu giải pháp ứng dụng công nghệ biogas trong chăn nuôi tại huyện Bắc Mê

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu các giải pháp nhằm tăng cường ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi của các, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Nguyễn Trọng Văn
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Thị Thanh Thủy
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Giải Pháp Tăng Cường Ứng Dụng Công Nghệ Biogas Trong Chăn Nuôi Tại Bắc Mê
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.2.1. Mục tiêu chung
• 1.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài
• 2.1.1. Biogas và công nghệ hầm khí biogas
• 2.1.2. Khái quát về hiệu quả và hiệu quả sử dụng hầm khí biogas
• 2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc áp dụng công nghệ hầm khí biogas
• 2.2. Cơ sở thực tiễn
• 2.2.1. Trên thế giới
• 2.2.2. Tại Việt Nam
• 3. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.3. Phương nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp chọn điểm nghiên cứu
• 3.5. Phương pháp thu thập số liệu
• 3.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của huyện Bắc Mê
• 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 4.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội của huyện
• 4.2. Kết quả sản xuất kinh doanh của huyện
• 4.3. Thực trạng tình hình áp dụng hầm biogas của hộ chăn nuôi trên địa bàn huyện
• 4.3.1. Khái quát tình hình phát triển ngành chăn nuôi của huyện
• 4.3.2. Thực trạng áp dụng công nghệ hầm khí biogas trên địa bàn huyện
• 4.3.3. Thực trạng ứng dụng hầm biogas ở các hộ điều tra
• 4.3.4. Tình hình chăn nuôi của các nhóm hộ điều tra
• 4.3.5. Tình hình ứng dụng hầm biogas ở các hộ điều tra
• 4.4. Phân tích một số các yếu tố ảnh hưởng đến việc ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi ở huyện Bắc Mê
• 4.4.1. Điều kiện tự nhiên của huyện
• 4.4.2. Công tác khuyến nông
• 4.4.3. Yếu tố xã hội
• 4.4.4. Quy mô chăn nuôi
• 4.4.5. Yếu tố kỹ thuật, khả năng tiếp thu, ứng dụng công nghệ biogas của các nông hộ
• 4.4.6. Mặt bằng để xây dựng chuồng trại và lắp đặt hầm biogas
• 4.4.7. Chính sách ứng dụng công nghệ hầm khí biogas vào chăn nuôi ở địa phương
• 4.4.8. Một số khó khăn khác
• 4.5. Giải pháp tăng cường ứng dụng công nghệ hầm khí biogas ở các nông hộ trên địa bàn huyện Bắc Mê
• 4.5.1. Căn cứ chung để đưa ra định hướng và giải pháp tăng cường ứng dụng hầm biogas ở các nông hộ trên địa bàn huyện Bắc Mê
• 4.5.2. Định hướng phát triển biogas ở huyện Bắc Mê
• 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Đối với chính quyền các cấp huyện, xã
• 5.2. Đối với người nông dân
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tóm tắt

I. Công nghệ biogas và ứng dụng trong chăn nuôi

Công nghệ biogas là một giải pháp hiệu quả trong việc xử lý chất thải chăn nuôi, đặc biệt tại các vùng nông thôn như Bắc Mê. Công nghệ này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ khí metan. Ứng dụng công nghệ biogas trong chăn nuôi đã mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường, đặc biệt là trong việc tạo ra nguồn khí đốt và phân bón hữu cơ. Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi công nghệ này tại Bắc Mê vẫn còn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là về vốn đầu tư và nhận thức của người dân.

1.1. Cơ sở lý luận về công nghệ biogas

Công nghệ biogas dựa trên quá trình lên men kỵ khí của chất thải hữu cơ, tạo ra khí metan và các sản phẩm phụ hữu ích. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính: phân hủy chất hữu cơ phức tạp, hình thành axit và tạo khí metan. Biogas không chỉ là nguồn năng lượng tái tạo mà còn giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ chất thải chăn nuôi. Việc ứng dụng công nghệ này đã được chứng minh là hiệu quả tại nhiều quốc gia, bao gồm Việt Nam.

1.2. Hiệu quả của công nghệ biogas trong chăn nuôi

Ứng dụng công nghệ biogas trong chăn nuôi mang lại hiệu quả trên ba khía cạnh: kinh tế, xã hội và môi trường. Về kinh tế, nó giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và tạo ra nguồn phân bón hữu cơ. Về xã hội, nó cải thiện điều kiện sống của người dân nông thôn. Về môi trường, nó giảm thiểu ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi. Tại Bắc Mê, công nghệ này đã bước đầu mang lại những kết quả khả quan, nhưng cần được nhân rộng và hỗ trợ thêm từ chính quyền địa phương.

II. Thực trạng ứng dụng công nghệ biogas tại Bắc Mê

Tại Bắc Mê, công nghệ biogas đã được áp dụng trong chăn nuôi, nhưng chưa được phổ biến rộng rãi. Nguyên nhân chính là do thiếu vốn đầu tư, hạn chế về kỹ thuật và nhận thức của người dân. Nghiên cứu cho thấy, các hộ chăn nuôi tại đây đã bước đầu nhận thấy lợi ích của việc sử dụng hầm biogas, nhưng vẫn còn nhiều khó khăn trong việc triển khai và duy trì hệ thống. Tăng cường biogas tại địa phương cần sự hỗ trợ từ chính quyền và các tổ chức phát triển.

2.1. Tình hình chăn nuôi và ứng dụng biogas

Chăn nuôi là một trong những ngành kinh tế chính tại Bắc Mê, đóng góp lớn vào thu nhập của các hộ gia đình. Tuy nhiên, việc xử lý chất thải chăn nuôi vẫn còn nhiều hạn chế, gây ô nhiễm môi trường. Ứng dụng công nghệ biogas đã được triển khai tại một số hộ gia đình, nhưng tỷ lệ áp dụng còn thấp. Các hộ chăn nuôi lớn thường có xu hướng đầu tư vào hệ thống biogas hơn so với các hộ nhỏ lẻ.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc ứng dụng biogas

Việc áp dụng công nghệ biogas tại Bắc Mê chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm điều kiện tự nhiên, quy mô chăn nuôi, khả năng tiếp thu kỹ thuật và chính sách hỗ trợ từ chính quyền. Các hộ chăn nuôi nhỏ thường gặp khó khăn về vốn đầu tư và kỹ thuật lắp đặt. Ngoài ra, việc thiếu các chính sách hỗ trợ cụ thể cũng là một rào cản lớn trong việc tăng cường biogas tại địa phương.

III. Giải pháp tăng cường ứng dụng công nghệ biogas

Để tăng cường ứng dụng công nghệ biogas trong chăn nuôi tại Bắc Mê, cần có các giải pháp đồng bộ từ chính quyền, các tổ chức phát triển và người dân. Các giải pháp bao gồm hỗ trợ vốn đầu tư, đào tạo kỹ thuật, nâng cao nhận thức và xây dựng chính sách khuyến khích. Giải pháp công nghệ cần được kết hợp với các chính sách phát triển bền vững để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

3.1. Hỗ trợ vốn và kỹ thuật

Một trong những giải pháp quan trọng là hỗ trợ vốn đầu tư cho các hộ chăn nuôi để xây dựng hệ thống biogas. Ngoài ra, cần tổ chức các khóa đào tạo kỹ thuật để nâng cao năng lực của người dân trong việc vận hành và bảo trì hệ thống. Công nghệ xanh như biogas cần được quảng bá rộng rãi để thu hút sự quan tâm của cộng đồng.

3.2. Chính sách khuyến khích và phát triển bền vững

Chính quyền địa phương cần xây dựng các chính sách khuyến khích việc áp dụng công nghệ biogas, bao gồm hỗ trợ tài chính, giảm thuế và các ưu đãi khác. Phát triển bền vững cần được đặt lên hàng đầu, với mục tiêu giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống của người dân. Các giải pháp này sẽ góp phần tối ưu hóa năng lượng và thúc đẩy chăn nuôi bền vững tại Bắc Mê.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Chăn nuôi là ngành kinh tế quan trọng tại Việt Nam, tuy nhiên, hoạt động này cũng là nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Theo số liệu của Cục Chăn nuôi (Bộ NN-PTNT) tính đến tháng 4 năm 2015, cả nước có khoảng 327 triệu con gia cầm, 7,9 triệu con trâu bò, 27,1 triệu con lợn, thải ra hơn 73 triệu tấn chất thải rắn và 25-30 triệu m³ chất thải lỏng mỗi năm. Trong đó, khoảng 50% chất thải rắn và 80% chất thải lỏng được xả thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Việc ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi được xem là giải pháp hiệu quả nhằm xử lý chất thải, tạo ra nguồn năng lượng sạch và phân bón hữu cơ, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao thu nhập cho nông hộ.

Nghiên cứu tập trung vào huyện Bắc Mê, tỉnh Hà Giang – một huyện miền núi với nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp và chăn nuôi. Mục tiêu chính của luận văn là khảo sát thực trạng ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi tại địa phương trong giai đoạn 2013-2015, phân tích các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất các giải pháp nhằm tăng cường ứng dụng công nghệ này. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao hiệu quả kinh tế và phát triển bền vững ngành chăn nuôi tại vùng núi phía Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình về công nghệ khí sinh học (biogas) và quản lý môi trường trong chăn nuôi. Biogas là khí sinh học được tạo ra từ quá trình lên men kỵ khí các chất thải hữu cơ như phân gia súc, rơm rạ, với thành phần chính là khí metan (CH₄) chiếm khoảng 70%. Quá trình lên men gồm ba giai đoạn: phân hủy chất hữu cơ phức tạp thành đơn giản, hình thành axit, và tạo khí metan. Tỷ lệ C/N tối ưu cho quá trình này là khoảng 20-40, phù hợp với phân gia súc.

Ba khía cạnh hiệu quả của công nghệ biogas được xem xét gồm: hiệu quả kinh tế (giảm chi phí năng lượng, tăng thu nhập), hiệu quả môi trường (giảm ô nhiễm không khí, nước, đất), và hiệu quả xã hội (giảm sức lao động, nâng cao chất lượng cuộc sống). Ngoài ra, các yếu tố ảnh hưởng đến việc áp dụng công nghệ như quy mô chăn nuôi, vốn đầu tư, kiến thức kỹ thuật, mặt bằng xây dựng và chính sách hỗ trợ cũng được phân tích.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp thu thập số liệu thứ cấp và sơ cấp. Số liệu thứ cấp được tổng hợp từ các báo cáo của phòng nông nghiệp, phòng tài nguyên môi trường huyện Bắc Mê và các tài liệu liên quan giai đoạn 2013-2015. Số liệu sơ cấp được thu thập qua khảo sát điều tra 60 hộ chăn nuôi (30 hộ có hầm biogas và 30 hộ không có hầm) tại hai xã Yên Định và Yên Phú – những địa phương điển hình về chăn nuôi tập trung và ứng dụng biogas.

Mẫu điều tra được chọn theo tiêu chí quy mô chăn nuôi, quy mô vốn, loại hầm biogas, kích thước hầm và năm xây dựng. Phương pháp xử lý số liệu bao gồm phân tích thống kê mô tả, phân tổ thống kê và tổng hợp bằng phần mềm Excel. Thời gian nghiên cứu từ tháng 7/2015 đến tháng 8/2016, tập trung đánh giá thực trạng, phân tích các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thực trạng ứng dụng công nghệ hầm khí biogas tại Bắc Mê: Từ năm 2013 đến 2015, số lượng hầm biogas trên địa bàn huyện tăng từ 455 lên 650 hầm, tương đương tốc độ tăng bình quân 19,5%/năm. Trong đó, hầm xây bằng gạch chiếm 95,38%, hầm composite chiếm 4,62% và có xu hướng tăng nhanh (tăng gấp 15 lần về số lượng trong 3 năm). Thể tích hầm phổ biến là 8-10 m³ chiếm 83,85%, phù hợp với quy mô chăn nuôi trung bình.

2. Quy mô chăn nuôi và khả năng xây dựng hầm biogas: Đàn lợn của huyện tăng từ 153.848 con năm 2013 lên 161.340 con năm 2015, tốc độ tăng trưởng bình quân 2,4%/năm. Đàn gia cầm cũng tăng với tốc độ 3,15%/năm. Quy mô chăn nuôi lợn nái chiếm khoảng 20% tổng đàn lợn, chưa đủ cung cấp giống tại chỗ. Kích thước hầm biogas được tính toán dựa trên lượng phân thải, ví dụ một trại 45 lợn nái cần hầm 16 m³. Điều này cho thấy quy mô chăn nuôi ngày càng phù hợp với việc xây dựng hầm biogas.

3. Các yếu tố ảnh hưởng đến việc áp dụng công nghệ: Vốn đầu tư là rào cản lớn nhất, do chi phí xây dựng hầm biogas từ 5-7 triệu đồng/hầm, trong khi thu nhập của hộ còn hạn chế. Kiến thức kỹ thuật và nhận thức của người dân về lợi ích của biogas còn thấp, đặc biệt với các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ. Mặt bằng xây dựng chuồng trại cũng hạn chế do địa hình đồi núi. Chính sách hỗ trợ vốn và công tác khuyến nông đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy ứng dụng.

4. Hiệu quả kinh tế, môi trường và xã hội: Việc sử dụng hầm biogas giúp giảm chi phí nhiên liệu đun nấu, tiết kiệm khoảng 30 USD/tháng theo kinh nghiệm quốc tế. Môi trường chuồng trại được cải thiện rõ rệt, giảm mùi hôi và ô nhiễm nguồn nước, hạn chế dịch bệnh lây lan. Xã hội cũng hưởng lợi khi giảm sức lao động cho phụ nữ và nâng cao chất lượng cuộc sống.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo của ngành và kinh nghiệm quốc tế như Trung Quốc, Indonesia và Hà Nội, nơi công nghệ biogas đã được ứng dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế - môi trường rõ rệt. Việc tăng số lượng hầm biogas composite cho thấy xu hướng chuyển đổi sang công nghệ hiện đại, bền vững hơn so với hầm xây gạch truyền thống.

Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng số lượng hầm biogas theo năm và phân bố theo loại hầm sẽ minh họa rõ nét xu hướng phát triển. Bảng so sánh chi phí đầu tư và hiệu quả sử dụng giữa các loại hầm cũng giúp làm rõ ưu nhược điểm từng loại.

Nguyên nhân hạn chế ứng dụng chủ yếu do vốn đầu tư và nhận thức kỹ thuật, điều này đồng nhất với các nghiên cứu trong nước. Do đó, việc tăng cường hỗ trợ vốn, đào tạo kỹ thuật và tuyên truyền là cần thiết để mở rộng ứng dụng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường hỗ trợ vốn xây dựng hầm biogas: Các cấp chính quyền cần phối hợp với ngân hàng và các tổ chức tài chính để tạo điều kiện vay vốn ưu đãi, giảm lãi suất cho các hộ chăn nuôi có nhu cầu xây dựng hầm biogas. Mục tiêu tăng số lượng hầm lên 800 công trình trong 3 năm tới.

2. Đẩy mạnh công tác tuyên truyền và đào tạo kỹ thuật: Tổ chức các lớp tập huấn, hội thảo kỹ thuật về xây dựng, vận hành và bảo trì hầm biogas cho nông dân và cán bộ khuyến nông. Thời gian thực hiện liên tục hàng năm, tập trung vào các xã có quy mô chăn nuôi lớn.

3. Khuyến khích chuyển đổi sang hầm biogas composite hiện đại: Hỗ trợ kỹ thuật và tài chính để các hộ nâng cấp hoặc xây mới hầm composite nhằm tăng hiệu suất sinh khí và độ bền công trình. Mục tiêu nâng tỷ lệ hầm composite lên 20% tổng số hầm trong 5 năm.

4. Quy hoạch mặt bằng chăn nuôi tập trung: Hướng dẫn các hộ chăn nuôi xây dựng chuồng trại và hầm biogas ở vị trí phù hợp, cách xa khu dân cư để giảm thiểu ô nhiễm và dịch bệnh. Kết hợp với quy hoạch phát triển nông thôn bền vững.

5. Tăng cường vai trò của cán bộ khuyến nông và chính sách hỗ trợ: Nâng cao năng lực cán bộ khuyến nông trong việc tư vấn, hỗ trợ kỹ thuật và vận động người dân. Đồng thời, đơn giản hóa thủ tục hành chính, tạo hành lang pháp lý thuận lợi cho các dự án phát triển biogas.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ quản lý và hoạch định chính sách địa phương: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các chương trình hỗ trợ, quy hoạch phát triển chăn nuôi bền vững và ứng dụng công nghệ biogas.

2. Nông hộ và chủ trang trại chăn nuôi: Tham khảo các giải pháp kỹ thuật, kinh nghiệm xây dựng và vận hành hầm biogas nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường.

3. Cán bộ khuyến nông và kỹ thuật viên: Áp dụng các kiến thức và số liệu nghiên cứu để tổ chức tập huấn, tư vấn kỹ thuật cho nông dân, thúc đẩy chuyển giao công nghệ.

4. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học môi trường, nông nghiệp: Tham khảo cơ sở lý thuyết, phương pháp nghiên cứu và kết quả thực tiễn để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về công nghệ sinh học và quản lý môi trường trong chăn nuôi.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ hầm khí biogas là gì và nguyên lý hoạt động ra sao?
   Biogas là khí sinh học được tạo ra từ quá trình lên men kỵ khí các chất thải hữu cơ như phân gia súc. Quá trình này gồm ba giai đoạn: phân hủy chất hữu cơ phức tạp, hình thành axit và tạo khí metan (CH₄). Khí metan chiếm khoảng 70% trong hỗn hợp khí, được sử dụng làm nhiên liệu đốt.

2. Lợi ích kinh tế khi sử dụng hầm biogas trong chăn nuôi là gì?
   Sử dụng hầm biogas giúp giảm chi phí nhiên liệu đun nấu, tiết kiệm khoảng 30 USD/tháng theo kinh nghiệm quốc tế. Ngoài ra, phân thải sau xử lý có thể dùng làm phân bón hữu cơ, tăng năng suất cây trồng và giảm chi phí phân hóa học.

3. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến việc áp dụng công nghệ hầm biogas tại Bắc Mê?
   Các yếu tố chính gồm quy mô chăn nuôi, vốn đầu tư, kiến thức kỹ thuật, mặt bằng xây dựng chuồng trại và chính sách hỗ trợ. Vốn và nhận thức kỹ thuật là rào cản lớn nhất đối với các hộ nhỏ lẻ.

4. So sánh ưu nhược điểm giữa hầm biogas xây bằng gạch và hầm composite?
   Hầm composite có độ bền cao, kín khí tuyệt đối, dễ lắp đặt, hiệu suất sinh khí cao và có thể di chuyển. Trong khi đó, hầm xây gạch dễ bị nứt, rò rỉ khí, thời gian thi công lâu và không thể di chuyển. Hầm composite cũng cho phép lắp đặt các thiết bị phụ trợ như máy phát điện chạy bằng gas.

5. Chính sách hỗ trợ nào đã được triển khai để phát triển công nghệ biogas tại Việt Nam?
   Nhiều dự án như “Chương trình Khí sinh học cho Ngành Chăn nuôi Việt Nam 2010-2015” do Bộ NN-PTNT phối hợp với tổ chức quốc tế thực hiện đã hỗ trợ xây dựng hàng chục nghìn công trình biogas, đào tạo kỹ thuật viên và tuyên truyền nâng cao nhận thức cho nông dân.

Kết luận

• Công nghệ hầm khí biogas là giải pháp hiệu quả, đa tiện ích trong xử lý chất thải chăn nuôi, bảo vệ môi trường và tạo nguồn năng lượng sạch tại huyện Bắc Mê.
• Số lượng hầm biogas tăng trưởng ổn định trong giai đoạn 2013-2015, với xu hướng chuyển đổi sang hầm composite hiện đại.
• Quy mô chăn nuôi ngày càng phù hợp với việc xây dựng hầm biogas, tuy nhiên vốn đầu tư và nhận thức kỹ thuật vẫn là những rào cản lớn.
• Hiệu quả kinh tế, môi trường và xã hội của công nghệ biogas được khẳng định qua khảo sát và so sánh với các mô hình trong nước và quốc tế.
• Đề xuất các giải pháp hỗ trợ vốn, đào tạo kỹ thuật, quy hoạch mặt bằng và nâng cao vai trò cán bộ khuyến nông nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ biogas bền vững trong thời gian tới.

Các cấp chính quyền và tổ chức liên quan cần phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu, đánh giá hiệu quả để mở rộng ứng dụng công nghệ hầm khí biogas trong chăn nuôi tại các vùng miền khác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài 1.1 Biogas và công nghệ hầm khí biogas 2.1 Biogas Về thực chất, biogas là dạng khí sinh học, được tái tạo từ quá trình phân huỷ chất thải của người và động vật trong điều kiện hầm kín. Nhờ vào hoạt động các vi sinh vật, các chất thải này sẽ lên men, tạo khí trong đó chiếm tới 70% là khí mê tan, được sử dụng làm chất đốt và cháy động cơ đốt trong. Nguồn nguyên liệu là bùn từ ao tù, đầm lầy, phế liệu, phế thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và các hoạt động sống, sản xuất và chế biến nông lâm sản.

Vi sinh vật thường sử dụng nguồn hữu cơ các bon nhanh hơn sử dụng nitơ khoảng 30 lần. Do vậy nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 30/1 sẽ thích hợp nhất cho lên men kỵ khí. Phân động vật và các chất thải rắn như rơm, rạ rất thích hợp cho lên men kỵ khí. Trong thực tế người ta rất cố gắng đảm bảo tỷ lệ trên trong khoảng 20-40.

Phân gia súc có tỷ lệ C/N nằm trong giới hạn này nên được xem là nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất biogas.1 : Khả năng cho phân và thành phần hoá học của phân gia súc, gia cầm trong 1 ngày Khả năng cho phân của Thành phần hoá học 500kg vật nuôi/ngày (% khối lượng phân tươi) Vật nuôi Thể tích Trọng lượng Chất tan Nitơ Phốt pho Tỷ lệ C/N (m3) tươi (kg) dễ tiêu Bò sữa 0,036 38,5 7,98 0,38 0,10 20-25 Bò thịt 0,038 41,7 9,33 0,70 0,20 20-25 Lợn 0,028 28,4 7,02 0,83 0,47 20-25 Trâu --- 6,78 10,2 0,31 --- --- Gia cầm 0,028 31,3 16,8 1,20 1,20 7-15 Nguồn: Báo Nông nghiệp Việt Nam 2013 e 5 Bảng 1.2 : Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được Sản lượng khí Hàm lượng CH4 Thời gian lên Nguyên liệu 3 m /kg phân khô (%) men (ngày) Phân bò 1,11 57 10 Phân gia cầm 0,56 69 9 Phân gà 0,31 60 30 Phân lợn 1,02 68 20 Phân người 0,38 -- 21 Nguồn: Báo Nông nghiêp Việt Nam 2013 Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas : 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 (nen còn gọi là quá trình lên men tạo Metan). Quá trình lên men me tan có 3 giai đoạn: giai đoạn 1 biến đổi chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu cơ đơn giản, giai đoạn 2 hình thành axit, giai đoạn 3 hình thành khí metan. Vai trò của Biogas Nước thải và chất thải trong sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt gia đình là các hợp chất hữu cơ có phân tử lớn.

Các chất này trong điều kiện nóng ẩm sẽ bị phân hoá nhanh sinh ra năng lượng và các chất hữu cơ phân tử nhỏ hơn hoặc các chất vô cơ. Trong điều kiện tự nhiên không được kiểm soát và tập trung thì quá trình này sẽ làm ô nhiễm môi trường từ đó tác động và ảnh hưởng trực tiếp vào quá trình trao đổi chất của con người và các sinh vật khác. Ngược lại nếu các chất thải đó được xử lý hợp lý sẽ tạo ra nguồn năng lượng tái sinh hữu ích và các chất dinh dưỡng dễ hấp thụ hơn cho cây trồng và vật nuôi, làm nguyên liệu cho chu trình sản xuất khép kín tiếp theo trong e 6 hệ kinh tế sinh thái VAC. Để tìm một giải pháp hợp lý và bền vững trong việc xử lý chất thải chăn nuôi cũng như chất thải sinh hoạt thì việc ứng dụng công nghệ Biogas là biện pháp tích cực nhất trong giai đoạn hiện nay, đối với khu vực địa bàn nông thôn nhằm giải quyết các vấn đề sau: - Tạo nguồn năng lượng tái sinh rẻ và sạch phục vụ đời sống con người.

- Giữ gìn và bảo vệ môi trường vệ sinh trong sạch trong các khu vực công đồng nông thôn qua đó góp phần giữ gìn và bảo vệ môi trường, bảo vệ sức khoẻ toàn xã hội thông qua việc giảm ô nhiễm môi trường sản xuất, cung cấp sản phẩm nông nghiệp sạch. - Tăng thu nhập cho các hộ gia đình thông việc giảm chi phí về nhu cầu chất đốt phục vụ sinh hoạt. - Tạo nguồn phân bón hữu cơ vi sinh, giảm bớt sử dụng phân hoá học, qua đó giảm bớt sự thoái hoá và cải thiện đất trồng, nâng cao năng suất cây trồng và nuôi cá trong hệ thống VAC gia đình. - Hỗ trợ phát triển chăn nuôi tốt hơn, tạo điều kiện nâng cao mức sống và tiếp cận điều kiện văn minh đô thị cho người dân nông thôn trong việc cải tạo hố xí gia đình, sử dụng khí sinh học vào việc nội trợ.

- Giảm sức lao động của phụ nữ trong công việc nội trợ.3 Các loại hầm khí biogas * Hầm biogas xây bằng gạch Hình ảnh điều tra thực tế e 7 Thời kỳ đầu áp dụng hầm biogas là bể biogas xây bằng gạch. Bể biogas xây bằng gạch dễ bị lún, nứt và không thể khắc phục được, bể xây càng to thì rủi ro càng lớn. Trong quá trình sử dụng, mặt bê tông phía trong bị mùn do axits ăn mòn làm cho bể chịu lực kém, dể bị rò rỉ khí và phân ra ngoài. Khối lượng vật liệu lớn, thời gian thi công lâu, mặt bằng thi công rộng.

Chất lượng phụ thuộc nhiều vào tay nghề thợ. Bể không tự phá váng, chỉ có áp lực khí gas đến 0,5m cột nước, không có khả năng tự điều tiết áp lực, khí lượng khí gas nhiều phải xả bỏ, phải có thiết bị bảo vệ an toàn. Đặc biệt sau nhiều năm sử dụng, bã váng đầy lên khí gas ít, bắt buộc phải lấy bã váng và váng ra ngoài. Đặc biệt bể biogas xây bằng gạch không di chuyển được mà chỉ còn cách phá bỏ.

Do không đủ áp suất khí gas nên loại bể này không thể lắp thêm được các thiết bị và phụ kiện khác. * Hầm khi biogas cải tiến Qua nhiều năm phân tích và nghiên cứu công dụng của hầm Biogas có nhiều công ty sản xuất ra bể biogas bằng vật liệu Composite hình cầu với tính ưu việt vượt trội hoàn toàn so với bể biogas xây bằng gạch. Việc lắp đặt bể biogas khá đơn giản, diện tích hầm ủ không lớn, có thể lắp đặt chìm dưới mặt đất. ưu điểm của loại bể này là độ bền cao và kín khí tuyệt đối, kiểm tra và xử lý độ kín khí ngay khi lắp đặt, bể không bị nứt, gãy, không bị rò khí trong điều kiện nền móng yếu, lún, nứt, không bị a xít ăn mòn.

Trọng lượng bể nhẹ, dễ di chuyển bằng ô tô và chuyển bộ, phù hợp với nhiều địa hình vùng nông thôn, hiệu quả sinh khí cao vì chịu được áp suất lớn và kín khí tuyệt đối. Có khả năng tự phá váng, chuyển hoá lên men kỵ khí đạt 100%. Tốn rất ít thời gian và nhân công lắp đặt, thời gian lắp đặt nhanh chỉ từ 2-3 giờ là có thể cho phân vào sử dụng được ngay. Có thể lắp thêm các thiết bị phụ kiện khác để sử dụng hết hiệu suất khí như : đèn thắp sáng, bình nóng lạnh dùng khí biogas, đèn sưởi ấm cho lợn, máy phát điện dùng gas.

với cùng hiệu suất sử dụng có giá thành rẻ hơn, an toàn hơn, bền hơn, lượng khí nhiều hơn, sử dụng chung với bể tự hoại gia đình. e 8 Hầm Composite e 9 Bảng 1.3 : So sánh ưu nhược điểm của Bể biogas Composite và bể biogas xây bằng gạch HẦM BỂ BIOGAS CHẤT LIỆU HẦM BỂ BIOGAS XÂY NHỰA COMPOSITE BẰNG GẠCH Bể BIOGAS làm bằng chất liệu nhựa Composite có độ bền cao và kín Hầm BIOGAS xây bằng gạch dễ bị lún, nứt, dễ bị dò khí ra ngoài tuyệt đối, vì có thể kiểm tra độ kín ngay sau khi lắp đặt bể. Không có khả không khắc phục được. Dùng một thời gian do nhiệt độ nóng nên bị năng nứt gẫy, không bị dò khí trong điều kiện móng yếu, lún, nứt, không axít ăn mòn bề mặt bê tông bị nhũn thành bùn, làm cho bể bị dò khí bị axít ăn mòn.

Hiệu suất sinh khí của bể BIOGAS COMPOSITE cao vì nó chịu được áp Hầm BIOGAS bằng gạch xây đòi hỏi phải nạp nguyên liệu nhiều và suất lớn và kín tuyệt đối, có khả năng tự động phá váng 100% và chuyển thường xuyên. Không tự động phá váng được, lên men kỵ khí e hoá lên men kỵ khí 100% không đạt tối ưu. Thời gian lên Gas rất lâu. Lắp đặt bể BIOGAS COMPOSITE không tốn nhiều thời gian và nhân Xây hầm BIOGAS bằng gạch mất nhiều thời gian, nhân công phát công lắp đặt, kể cả công vận chuyển, lắp đặt 2 - 4giờ là xong, ta đổ phân sinh nhiều, khó khăn trong quá trình thi công.

Không thử được độ ủ trước vào là dùng được ngay. kín của bể ngay sau khi lắp đặt. Bể BIOGAS COMPOSITE có áp lực khí Gas cao đến 1,6m cột nước và Hầm bể xây chỉ có áp lực khí Gas đến 5cm cột nước không có khả có khả năng tự điều áp khí Gas, Gas quá nhiều bể tự động xả khí thông năng tự điều tiết áp lực khi lượng Gas trong bể quá nhiều, phải xả, qua hai cột điều áp không cần van an toàn. Tự động phá váng 100% phải có thiết bị van bảo vệ.

Không có khả năng tự động phá váng. Độ an toàn không cao, nguy hiểm.3 (tiếp) : So sánh ưu nhược điểm của Bể biogas Composite và bể biogas xây bằng gạch Bể BIOGAS COMPOSITE khi sử dụng không phải lấy phân bã ra khỏi bể Hầm BIOGAS xây bằng gạch trong một vài năm bắt buộc phải lấy mà phân đã phân huỷ hết còn bã tự động đẩy ra khỏi bể. Hàng năm không phân bã và phá váng trên bề mặt của bể ra ngoài, một lần dọn bể mất chi phí tiền dọn bể và phá váng. phải chi phí mất nhiều công lao động.

Bể BIOGAS COMPOSITE có thể lắp đặt mọi địa hình khác nhau, đặc Hầm BIOGAS xây bằng gạch không thể làm được điều này. biệt vùng trũng khi đào có nước việc lắp đặt rất đơn giản. Bể BIOGAS COMPOSITE khi lắp đặt xong, dùng một thời gian tại địa điểm do không phù hợp có thể đào lên di chuyển đi nơi khác một cách dễ Hầm BIOGAS xây bằng gạch không thể làm được điều này. Khi gặp sự cố sử lý trong vòng 1 giờ là xong, đổ phân vào là sử e dụng được ngay.