Đồ Án HCMUTE: Mô Hình Nông Nghiệp Tích Hợp Biogas Dành Cho Hộ Chăn Nuôi Ở Hiếu Liêm

Đồ án nghiên cứu hcmute đề xuất mô hình nông nghiệp tích hợp biogas phù hợp cho hộ chăn nuôi trên địa bàn xã hiếu, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho bài

• Tác giả: Vũ Thị Phương Linh
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Thu Thảo
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trường
• Đề tài: Đề Xuất Mô Hình Nông Nghiệp Tích Hợp Biogas Phù Hợp Cho Hộ Chăn Nuôi Trên Địa Bàn Tỉnh Bình Dương
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
• 1.1. Khái niệm về khí sinh học
• 1.2. Nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học
• 1.3. Lợi ích của mô hình biogas
• 1.4. Các loại hầm biogas
• 1.5. Nguyên lý hoạt động của biogas
• 1.6. Mô hình nông nghiệp tích hợp biogas
• 1.7. Lợi ích của VACB
• 1.8. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.8.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.9. Tổng quan về địa điểm nghiên cứu
• 1.9.1. Vị trí địa lý
• 1.9.2. Đặc điểm địa hình, địa mạo
• 1.9.3. Đặc điểm khí hậu
• 1.9.4. Tính chất, chức năng và vai trò
• 1.9.5. Khu vực kinh tế nông nghiệp
• 1.9.6. Hiện trạng sử dụng tài nguyên
• 1.9.7. Các nguồn thải chăn nuôi
• 1.9.8. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước
• 1.9.9. Các nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí
• 1.9.10. Nguồn gây ô nhiễm môi trường từ chất thải rắn
• 1.10. Các phương pháp xử lý nguồn thải chăn nuôi
• 1.10.1. Phương pháp xử lý nước thải
• 1.10.2. Phương pháp xử lý khí thải
• 1.10.3. Phương pháp xử lý chất thải rắn
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Nội dung nghiên cứu
• 2.2. Sơ đồ tiến trình thực hiện
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
• 2.5. Phương pháp khảo sát thực địa
• 2.6. Phương pháp điều tra bằng phiếu khảo sát và phỏng vấn nhanh
• 2.7. Phương pháp thống kê, xử lý số liệu
• 2.8. Phương pháp lấy mẫu, phân tích
• 2.9. Phương pháp đề xuất mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Hiện trạng chăn nuôi trên địa bàn
• 3.2. Tình hình chăn nuôi
• 3.3. Hiện trạng phân bố
• 3.4. Hiện trạng quản lý chất thải của các cơ sở chăn nuôi
• 3.5. Hiện trạng thu gom, xử lý nước thải
• 3.6. Hiện trạng chất lượng không khí
• 3.7. Hiện trạng quản lý và thu gom chất thải rắn
• 3.8. Đánh giá khả năng xử lý chất thải trên cơ sở tận dụng điều kiện có sẵn mô hình VACB
• 3.9. Các hoạt động quản lý môi trường
• 3.10. Tuyên truyền nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường
• 3.11. Thẩm định cam kết bảo vệ môi trường
• 3.12. Đề xuất mô hình
• 3.12.1. Xác định các tiêu chí của mô hình
• 3.12.2. Mô hình đề xuất
• 3.12.3. Áp dụng mô hình cho đối tượng cụ thể
• 3.12.3.1. Các hộ chăn nuôi trên địa bàn xã
• 3.12.3.2. Mô tả đối tượng áp dụng mô hình
• 3.12.3.3. Mô hình cụ thể
• 3.12.4. Đánh giá mô hình với các tiêu chí
• 3.12.5. Đề xuất các giải pháp nhân rộng cho các hộ chăn nuôi trên địa bàn
• 3.12.5.1. Đánh giá sự cần thiết để nhân rộng mô hình
• 3.12.5.2. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình ứng dụng mô hình
• 3.12.5.3. Các giải pháp nhân rộng mô hình
• 4. CHƯƠNG: KẾT LUẬN - KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mô hình nông nghiệp tích hợp biogas

Mô hình nông nghiệp tích hợp biogas (VACB) là một giải pháp bền vững cho hộ chăn nuôi tại Hiếu Liêm. Mô hình này không chỉ giúp xử lý chất thải chăn nuôi mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo từ khí sinh học. Biogas được sản xuất từ quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ, bao gồm phân động vật và các phụ phẩm nông nghiệp. Việc áp dụng mô hình này giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời cung cấp năng lượng cho sinh hoạt hàng ngày. Theo nghiên cứu, việc sử dụng năng lượng tái tạo từ biogas có thể giảm thiểu đáng kể lượng khí thải nhà kính, góp phần vào phát triển nông thôn bền vững.

1.1. Lợi ích của mô hình VACB

Mô hình VACB mang lại nhiều lợi ích cho hộ chăn nuôi. Đầu tiên, nó giúp xử lý chất thải hiệu quả, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thứ hai, khí sinh học thu được từ hầm biogas có thể được sử dụng để nấu nướng, thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống như củi hay gas hóa lỏng. Điều này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn bảo vệ môi trường. Cuối cùng, mô hình này còn tạo ra phân hữu cơ từ chất thải, giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất, từ đó nâng cao năng suất cây trồng. Như vậy, mô hình VACB không chỉ giải quyết vấn đề ô nhiễm mà còn thúc đẩy phát triển kinh tế cho hộ chăn nuôi.

II. Tình hình chăn nuôi và ô nhiễm môi trường tại Hiếu Liêm

Chăn nuôi tại Hiếu Liêm đang phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, đi kèm với đó là vấn đề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Chất thải từ chăn nuôi, nếu không được xử lý đúng cách, sẽ gây ô nhiễm nguồn nước và không khí. Theo thống kê, lượng chất thải chăn nuôi hàng năm tại khu vực này rất lớn, chủ yếu là phân và nước thải. Việc xử lý chất thải chưa đạt yêu cầu, dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hệ thống chăn nuôi hiện tại chủ yếu sử dụng các phương pháp xử lý truyền thống, không hiệu quả. Do đó, việc áp dụng mô hình nông nghiệp tích hợp biogas là cần thiết để cải thiện tình hình này.

2.1. Nguyên nhân ô nhiễm môi trường

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường tại Hiếu Liêm là do hệ thống xử lý chất thải chưa đáp ứng được quy mô chăn nuôi. Nhiều hộ chăn nuôi vẫn sử dụng các phương pháp xử lý lạc hậu, không hiệu quả. Chất lượng nước thải sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn, gây ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Ngoài ra, việc thiếu nhận thức về bảo vệ môi trường cũng là một yếu tố quan trọng. Do đó, cần có các biện pháp tuyên truyền và giáo dục để nâng cao nhận thức của người dân về tầm quan trọng của việc xử lý chất thải chăn nuôi.

III. Giải pháp và triển khai mô hình VACB

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi, việc triển khai mô hình VACB là một giải pháp khả thi. Mô hình này không chỉ giúp xử lý chất thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Việc xây dựng hầm biogas để thu hồi khí sinh học từ chất thải chăn nuôi sẽ giúp giảm thiểu ô nhiễm. Hơn nữa, việc sử dụng phân hữu cơ từ chất thải để bón cho cây trồng sẽ cải thiện độ phì nhiêu của đất. Theo nghiên cứu, mô hình này có thể được áp dụng cho các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ, giúp họ tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất.

3.1. Các bước triển khai mô hình

Để triển khai mô hình VACB, cần thực hiện các bước sau: Đầu tiên, tiến hành khảo sát hiện trạng chăn nuôi và chất thải tại địa phương. Tiếp theo, thiết kế hệ thống hầm biogas phù hợp với quy mô chăn nuôi của từng hộ. Sau đó, tiến hành lắp đặt và hướng dẫn người dân sử dụng hệ thống. Cuối cùng, cần có các chương trình giám sát và đánh giá hiệu quả của mô hình sau khi triển khai. Việc này không chỉ giúp cải thiện môi trường mà còn nâng cao đời sống của người dân thông qua việc tiết kiệm chi phí và tăng thu nhập từ sản xuất nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Khái niệm về khí sinh học Biogas hay khí sinh học (KSH) là một hỗn hợp khí thu được từ quá trình phân huỷ các chất hữu cơ dưới tác động của các vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) trong môi trường không có oxy được gọi là quá trình phân huỷ kỵ khí (yếm khí). Trong đó thành phần chủ yếu biogas gồm khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2) (Nguyễn Quang Khải, Nguyễn Gia Lượng, 2010). Nguồn nguyên liệu để sản xuất khí sinh học Nguồn cơ chất để sản xuất KSH là hầu hết các nguyên liệu hữu cơ như phân động vật, thực phẩm thừa, bèo, cỏ, rơm, rạ, bùn thải.

Chỉ trừ những chất chứa nhiều ligmin như phế thải, gỗ. Nguyên liệu dùng để sản xuất KSH được chia làm hai loại: Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Loại này gồm có phân người và phân gia súc, gia cầm là phổ biến, ngoài ra còn có xác động vật chết, rác và nước thải các lò mổ, cơ sở chế biến thủy hải sản. Vì đã được xử lý trong bộ máy tiêu hoá nên phân dễ phân huỷ và nhanh chóng tạo KSH. Tuy vậy, thời gian phân huỷ phân không dài (2 – 3 tháng) vậy nên tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là không lớn.

Phân gia súc như trâu, bò, heo phân hủy nhanh hơn phân gia cầm tuy nhiên sản lượng khí phân gia cầm tạo ra lại cao hơn. Chất thải có cả phân và nước tiểu cho nhiều lượng KSH hơn phân nguyên. Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Thuộc loại này gồm lá cây hoặc thân cây thảo như các loại cây dại (rong, bèo, các cây phân xanh, cây cỏ sống ở dưới nước,.), phụ phẩm cây trồng như (rơm rạ, thân lá ngô, đậu,. Các nguyên liệu như gỗ và thân cây già lớp vỏ cứng rất khó phân huỷ.

Vì vậy không dùng làm nguyên liệu được. Nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứng khó phân huỷ hơn. Để cho quá trình phân huỷ kị khí diễn ra được thuận lợi, những nguyên liệu này cần được xử lý trước (chặt, băm,.) để phá vỡ lớp vỏ cứng và tăng diện tích bề mặt. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu thực vật thường dài hơn so với các loại phân.

Do vậy nguyên liệu thực vật nạp theo từng mẻ nhỏ, mỗi mẻ kéo dài từ 3 – 6 tháng. 5 do an Sử dụng nguyên liệu thực vật không những tạo ra KSH mà còn cung cấp bã đặc làm phân bón rất tốt. Lợi ích của mô hình biogas Sử dụng khí sinh học Khí sinh học là chất đốt có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như: đun nấu thay có khí gas, củi, trấu,.; thắp sáng; chạy động cơ đốt trong thay xăng và dầu diesel kéo máy phát điện, máy sưởi; chuyển hóa thành điện năng. Khí sinh học chứa chủ yếu CH4 (50 – 70%), 1m3 CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tương đương với 1,3 kg than đá; 1,15 lít xăng; 1,17 lít cồn; hay 9,7 kW điện.

Điều này đã cho thấy sự tiết kiệm rất lớn nguồn nhiên liệu từ xử lý chất thải chăn nuôi gia súc (Lê Thanh Hải, 2016) Sử dụng phụ phẩm Chất thải chăn nuôi cho vào hầm biogas chuyển hóa một phần thành khí biogas. Phần còn lại là nước thải và chất cặn được tái sử dụng với nhiều mục đích như: Chất cặn: là thành phần hữu cơ sinh học dùng tốt trong bón cây trồng, tăng độ dinh dưỡng cho đất, giảm sâu bệnh, tăng năng suất cây trồng. Nước thải: tưới cho cây trồng, dùng để nuôi thủy sản, nuôi trùn quế. Cải tạo môi trường Xử lý phân và nước thải giảm đi mùi hôi, chuồng trại sạch sẽ và làm giảm bệnh tật do giun sán truyền nhiễm.

Chất cặn được dùng để bón cây trồng giảm sâu bệnh hạn chế được việc sử dụng thuốc trừ sâu giúp cải tạo đất trồng. Đun nấu bằng khí sinh học không có khói giảm nguy cơ các bệnh về phổi và mắt cho người sử dụng và giảm thiểu lượng KNK phát sinh ra môi trường trong chăn nuôi. Các loại hầm biogas Hầm biogas có chức năng xử lý chất thải chăn nuôi và sinh ra khí sinh học. Gồm những bộ phận chính như sau: Bể phân hủy: chứa nguyên liệu và đảm bảo môi trường cho quá trình phân hủy kỵ khí; Đầu vào là cửa nạp nguyên liệu vào bể phân hủy; 6 do an Đầu ra là cửa lấy nguyên liệu đã phân hủy ra khỏi bể; Bộ phận chứa khí: thu và giữ khí sinh học sinh ra; Ống dẫn khí: lấy khí ra từ ngăn chứa khí.

Các loại hầm biogas phổ biến ở Việt Nam gồm: hầm nắp trôi nổi, hầm nắp cố định và hầm dạng túi ủ (Nguyễn Hồng Sơn, 2017). Hầm nắp trôi nổi: có bộ phận chứa khí là một nắp có dạng một cái thùng được úp trực tiếp vào bể phân hủy. Khí sinh học sinh ra được thu và lưu giữ ở nắp và làm cho nắp nổi lên, tích khí lại càng nhiều thì nắp nổi càng cao (Nguyễn Quang Khải, Nguyễn Gia Lượng, 2010). Ưu điểm của hầm là: áp suất khí ổn định khi sử dụng khí; phân hủy ở điều kiện kị khí tốt, phù hợp với cả quy mô lớn.

Nhược điểm là chi phí cao; đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên; không phù hợp với vùng núi vì nhạy cảm khi thay đổi nhiệt độ, nhiệt độ của dịch phân hủy thay đổi nhiều theo nhiệt độ trời do tiếp xúc với nắp kim loại truyền nhiệt tốt. Hầm nắp cố định: có bộ phận chứa khí và bể phân hủy được gắn liền với nhau thành một bể kín. Các hầm nắp cố định đang được sử dụng ở Việt Nam như: hầm vòm nắp cố định xây bằng gạch, hầm vòm nắp cố định composite (Nguyễn Quang Khải, Nguyễn Gia Lượng, 2010). Hầm xây gạch: có hình dạng nửa hình cầu, nên cấu trúc bền vững và dễ xây dựng.

Công nghệ này đã được phổ biến và nhân rộng ở quy mô nhỏ (hộ gia đình), đã được chuẩn hóa về thiết kế cũng như việc vận hành và bảo dưỡng, nên các trang trại áp dụng thường tự học hỏi được (Dự án Hỗ trợ Nông nghiệp Cacbon thấp, 2016). Hầm composite: với thiết kế khối cầu, bể biogas composite có khả năng chịu lực cao. Trong đó có các thành phần được chia tách có thể lắp đặt liên kết lại với nhau tạo thành hầm biogas hoàn chỉnh như sau: nắp trên, nắp dưới, bể nạp, bể điều áp. So sánh ưu và nhược điểm của các loại hầm nắp cố định Ưu điểm Nhược điểm - Kết cấu bền vững; - Chiếm diện tích lớn Hầm xây - Vật liệu xây dựng thông dụng ( gạch, xi (do bể là nửa hình cầu).

gạch KT măng,. 7 do an - Dễ xây dựng; - Dung tích hạn chế chỉ - Thuận lợi vận chuyển, dễ dàng thay thế và phù hợp với chăn nuôi sửa chữa; nông hộ. Hầm - Vật liệu có độ chống thấm cao composite - Hiệu suất sinh khí cao, vận hành đơn giản, xử lý môi trường hiệu quả. (Nguồn: Phân loại, đánh giá các loại hầm biogas, 2017) Hầm dạng túi ủ: được ép sẵn nên công tác lắp đặt túi ủ diễn ra dễ dàng, thuận tiện cho người dân trực tiếp lắp đặt mà không cần thợ có kỹ thuật cao thực hiện.

So sánh ưu và nhược điểm của hầm dạng túi ủ Ưu điểm Nhược điểm - Chi phí đầu tư thấp; - Rất dễ hỏng; - Đào vị trí nông, thích hợp với - Cần bảo dưỡng thường xuyên; vùng nước ngầm cao. - Chỉ phù hợp cho những hộ chăn nuôi với số lượng nhỏ; - Nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ môi trường; - Áp suất khí thấp, tuổi thọ thấp (dưới 2 năm). So sánh ưu và nhược điểm của hầm phủ bạt HDPE Ưu điểm Nhược điểm - Thời gian thi công nhanh, chi phí thấp hơn - Chiếm diện tích mặt bằng lớn công trình xây bằng gạch hoặc bê tông - Thời gian lưu lớn (15 -30 ngày) - Bạt HDPE không bền 8 do an - Dễ xây dựng, phù hợp với quy mô chăn nuôi (trung bình, lớn) - Hiệu quả thu khí cao - Vận hành, bảo dưỡng đơn giản (Nguồn: Sổ tay hướng dẫn xây dựng và lắp đặt công trình khí sinh học quy mô vừa và lớn công nghệ phủ bạt HDPE, 2016) Đánh giá: Với những ưu nhược điểm như trên việc sử dụng biogas composite là tốt nhất đối với quy mô hộ chăn nuôi vì dễ vận hành và sữa chửa, đảm bảo hiệu quả sinh khí nhanh (sau 7-15 ngày), xử lý chất thải bảo vệ môi trường hiệu quả và tuổi thọ cao (Nguyễn Hồng Sơn, 2017). Nguyên lý hoạt động của biogas Bể biogas composite được đặt âm dưới lòng đất nên chất thải sẽ đi vào cửa nạp theo cơ chế tự chảy và đi ra từ cửa xả theo cơ chế chảy tràn.

Chất thải sẽ chảy đầy lên đến mép dưới của cả cửa nạp và cửa xả. Chất thải gồm hỗn hợp nước và phân đi từ cửa nạp vào sẽ được chứa trong bể phân giải. Bể biogas có cơ chế hoạt động kín nên tại đây quá trình hoạt động của vi sinh kị khí sẽ xảy ra. Trong đó phân chính là nguồn thức ăn của vi sinh vật giúp chúng phân hủy các hợp chất hữu cơ lớn thành các chất hữu cơ nhỏ như axit béo, axit amin và hình thành khí CO2 và CH4.

Khi mới nạp chất thải vào thì áp suất ở trong bể vẫn ở mức bình thường. Tuy nhiên sau một thời gian hoạt động thì lượng khí được tạo ra bởi sự phân hủy của vi sinh vật sẽ làm tăng áp suất bên trong bể. Sự chênh lệch áp suất giữa môi trường bên ngoài và bên trong sẽ giúp cho lượng khí được tạo ra này đi ra ngoài theo đường ống dẫn khí được lắp trên đỉnh bể. Lượng khí thu được chủ yếu là CH4 (60-70%) nên sẽ được tận dụng làm khí đốt phục cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất,… Lượng nước thải đi ra từ cửa xả sẽ được thu vào một bể chứa sau hầm biogas để tiếp tục dẫn đi các công trình xử lý nước thải phía sau.

Mô hình nông nghiệp tích hợp biogas 1. Khái niệm Mô hình nông nghiệp tích hợp biogas hay VACB là những chữ đầu của 4 từ Vườn - Ao - Chuồng - Biogas. VACB cung cấp qua lại cho nhau: 9 do an − Vườn: cung cấp rau, củ tươi cho con người, rau củ hỏng cho gia súc, gia cầm hay cho cá (dùng cho C và A). Các chất thải nông nghiệp như rơm rạ, cành cây khô được tận dụng để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm, để lót chuồng vào mùa đông hay làm compost (phân rác để bón ngược lại cho V).

− Ao: cung cấp thức ăn cho con người (cá, ốc,…), cung cấp bèo tấm để làm thức ăn cho gia súc, gia cầm.