Đánh Giá Phát Thải Khí Ch4 Phát Sinh Trong Hoạt Động Sản Xuất Và Tiêu Thụ Biogas Tại Ba Trang Trại Chăn Nuôi.pdf

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HOÀNG TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HÒA BÌNH[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HỒNG TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HỊA BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HÀ NỘI – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC HOÀNG TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HỊA BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên ngành: BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Mã số: Chƣơng trình đào tạo thí điểm Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lƣu Đức Hải HÀ NỘI – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu cá nhân thực dƣới hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Lƣu Đức Hải, khơng chép cơng trình nghiên cứu ngƣời khác Số liệu kết luận văn chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học khác Các thơng tin thứ cấp sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, đƣợc trích dẫn đầy đủ, trung thực qui cách Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm tính xác thực nguyên luận văn Tác giả Hoàng Trung Hiếu LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, nhận đƣợc nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình Thầy cơ, Gia đình Bạn bè Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lƣu Đức Hải ngƣời hƣớng dẫn, giúp đỡ em hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Q Thầy, Cơ dạy suốt thời gian học cao học chuyên ngành Biến đổi khí hậu, cảm ơn Qúy Thầy, Cơ khoa Sau Đại Học, Đại học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa học Tơi xin cảm ơn đến anh chị, bạn lớp Biến đổi khí hậu K3, ngƣời động viên giúp đỡ em trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn anh Phạm Hùng Triệu, Lê Đức Minh, Nguyễn Minh Huấn ba chủ trang trại tạo điều kiện, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn thời gian quy định Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC BẢNG CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài 2.Mục tiêu nghiên cứu 3.Dự kiến đóng góp đề tài 4.Bố cục đề tài CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT THẢI KHÍ NHÀ KÍNH CỦA HOẠT ĐỘNG CHĂN NI VÀ HỆ THỐNG BIOGAS 1.1 Biến đổi khí hậu phát thải khí nhà kính 1.2 Phát thải KNK (CH4) hoạt động Chăn nuôi 12 1.3 Ảnh hƣởng hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH4) 19 1.4 Giới thiệu huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình 27 CHƢƠNG II: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 29 2.2 Các phƣơng pháp nghiên cứu 30 CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ SỰ PHÁT THẢI KHÍ CH4 VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHO CÁC TRANG TRẠI NGHIÊN CỨU 36 3.1 Hiện trạng sản xuất sử dụng Biogas trang trại nghiên cứu 36 3.2 Phân tích đánh giá phát thải khí CH4 hệ thống Biogas ba Trang trại nghiên cứu 38 3.3 Các giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 hệ thống biogas trang trại nghiên cứu 50 KẾT LUẬN 56 KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 61 BẢNG CHỮ VIẾT TẮT AGA : The animal production and Health division of FAO: Cơ quan chăn nuôi thú y FAO AHDB : Agriculture and horticulture development board: Hội đồng nông nghiệp phát triển trồng trọt Ar : Khí Argon AR5 : Fifth Assesment Report: Báo cáo lần BĐKH : Biến đổi khí hậu CH4 : Khí Methane CO2 : Khí Cacbon dioxit CO2e : Lƣợng CO2 tƣơng đƣơng DE : Effects of Digestibility: Tỷ lệ tiêu hóa thức ăn DNTN SX-DT-TM : Doanh nghiệp tƣ nhân sản xuất, dịch vụ, thƣơng mại EF : Emission factor: Hệ số phát thải FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations: Tổ chức Lƣơng thực Nông nghiệp Liên hợp Quốc FRL : Front rông lạnh GAW : Global Atmosphere Watch: Chƣơng trình giám sát Khí tồn cầu Gt : Gigatonnes = 109 tones GWP : Global Warming Potentinal: Hiệu suất nóng dần lên Trái đất H2O : Hơi nƣớc He : Khí Heli HFCs : Khí Hyđrofuor carbon IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change: Ủy ban liên phú Biến đổi khí hậu KNK : Khí nhà kính KP : Kyoto Protocol: Nghị định thƣ Kyoto KSH : Khí sinh học MCF : Methane Conversion factor: Hiệu suất sinh khí Methane MS : Management system: Hệ thống quản lý Mt : Million tones: Triệu N2O : Khí Nito oxit NH3 : Khí Amoniac NN&PTNT : Nông nghiệp phát triển Nông thôn O3 : Khí Ơzơn PFCs : Khí Perfluorocarbon Ppb : part per billion: phần tỷ = 10-3 ppm Ppm : part per million: phần triệu SF6 : Khí Sulphur Hex flouride TB : Trung bình TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TNMT : Tài nguyên môi trƣờng TT : Trung Tâm Ttb : Nhiệt độ trung bình UNEP : United nations environment Programme: Chƣơng trình Mơi trƣờng Liên hợp quốc UNFCCC : United nations framework convention on climate change: Công ƣớc khung Liên hợp Quốc Biến đổi Khí hậu VS : Volatile Solids: Chất khơ WMO : World Meteorological Organization: Tổ chức Khí tƣợng Thế giới XTNĐ : Xốy thuận Nhiệt đới DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Mức tăng nhiệt độ mức thay đổi lƣợng mƣa theo xu 50 năm qua vùng khí hậu trung bình cho nƣớc Bảng 1.2: Một số đ c trƣng biến đổi tần số FRL Bảng 1.3: Hàm lƣợng trung bình khơng khí 10 Bảng 1.4: Mức độ gây hại số khí nhà kính 12 Bảng 1.5: Số lƣợng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014 16 Bảng 1.6: Lƣợng KNK chăn nuôi Việt Nam năm 2010 ( nghìn CO2e) 16 Bảng 1.7 Tổng lƣợng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010 17 Bảng 1.8: Thành phần khí sinh học 19 Bảng 3.1: Thơng tin nhóm lợn Trang trại 39 Bảng 3.2: Thông tin nhóm lợn Trang trại 41 Bảng 3.3: Thơng tin nhóm lợn Trang trại 43 Bảng 3.4: Dữ liệu việc sử dụng KSH tháng trang trại 45 Bảng 3.5: Sản xuất tiêu thụ biogas ba trang trại chăn ni 48 Bảng 3.6: Quy đổi Khí sinh học sang dạng lƣợng khác 54 Bảng 3.7: Số tiền tiết kiệm đƣợc sau quy đổi 55 Bảng P1.1: Hiệu suất sinh khí Methane (MCFs tỷ lệ % chất thải theo kiểu thu gom 61 Danh mục hình Hình 1.1: Ƣớc tính lƣợng phát thải KNK theo lồi 14 Hình 1.2: Lƣợng phát thải khí nhà kính tồn cầu từ chăn ni lợn 15 Hình 1.3: Sơ đồ cách Quản lý phân miền Bắc Việt Nam 18 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thơng dụng 19 Hình 1.5: Hầm biogas nắp trôi 20 Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định 21 Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ 21 Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến 22 Hình 1.9: Sơ đồ trình vi sinh hóa lên men Methane 23 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 36 Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 37 Hình 3.3: Sơ đồ hệ thống xử lý nƣớc thải hầm biogas Trang trại 38 Hình 3.4: Sơ đồ lọc khí nén khí sinh học sạch……………………………….51 Hình P2.1: Bốn dãy chuồng chăn ni Trang trại 62 Hình P2.2: Hệ thống quạt thơng gió rãnh thu gom chất thải chăn ni 62 Hình P2.3: Kiểm tra trọng lƣợng lợn 62 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Biến đổi khí hậu vấn đề nóng bỏng đƣợc cộng đồng Thế giới quan tâm Theo [12] nhiệt độ bề m t vào cuối kỷ 21 vƣợt 1,50C so với thời kỳ 1850 – 1900 hầu hết kịch vƣợt 20C nhiều kịch M t khác, từ kỷ 19, tỷ lệ mực nƣớc biển tăng lên đáng kể so với tỷ lệ trung bình hai thiên niên kỷ trƣớc đó, giai đoạn từ 1901 – 2010, mực nƣớc biển trung bình tồn cầu tăng 0,19 m Nhiệt độ Trái đất tăng lên gia tăng nồng độ khí nhà kính Khí hoạt động ngƣời Đó phát thải CO2 đốt nhiên liệu hóa thạch, phá rừng nhiệt đới phát thải CH4, CO2, N2O,… từ nơng nghiệp chăn ni [20] Cũng theo [12], nồng độ khí CO2, CH4, N2O khơng khí tăng lên mức chƣa thấy 800.000 năm qua Nồng độ CO2 tăng lên 40% kể từ thời tiền công nghiệp Theo [11], chăn ni ngành kinh tế phát thải khí nhà kính đạt 7,1 Gigatonnes (Gt) CO2e năm, chiếm 14,5% lƣợng phát thải khí nhà kính ngƣời gây Vì vậy, Chăn ni tác nhân đóng góp vào nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Trái đất Trong đó, chăn ni lợn lƣợng phát thải ƣớc tính đạt 688 MtCO2e (chiếm 9% lƣợng khí thải ngành Chăn ni) Nguồn phát thải sản xuất thức ăn lƣu trữ, xử lý phân Sản xuất thức ăn: đóng góp khoảng 48% lƣợng khí thải Trong đó, 12,7% lƣợng khí thải liên quan đến mở rộng đất trồng thức ăn chăn ni, 27% lƣợng khí thải liên quan đến phân bón, máy móc vận tải thức ăn Lưu trữ xử lý phân nguồn phát thải lớn thứ hai chiếm 27,4 % lƣợng khí thải chăn ni lợn Hầu hết lƣợng khí thải dạng CH4 chiếm 19,2% (chủ yếu từ hệ thống lƣu trữ yếm khí , cịn lại N2O chiếm 8,2 % Ở Việt Nam, theo [19], ngành nơng nghiệp phát thải lƣợng khí nhà kính 83,3 triệu CO2e Trong đó, chăn ni phát thải 8,84 MtCO2e (Lên men tiêu hóa: 9.467,51 nghìn CO2e, quản lý phân bón: 8.560 nghìn CO2e) Để giảm phát thải khí nhà kính nhƣ quản lý đƣợc khí phát thải từ chăn ni, việc sử dụng bể biogas lựa chọn tốt Theo [17], bể biogas có lợi ích kinh tế, môi trƣờng xã hội: giảm công việc thời gian cho nông dân thu thập mua nhiên liệu cho nấu ăn, tạo môi trƣờng Nghiên cứu [18] cho thấy: Khí sinh học nguồn nhiên liệu tái sinh rẻ vùng nơng thơn Khí sinh học giúp bảo vệ mơi trƣờng, thay đƣợc củi, giảm phá rừng, giảm phát thải khí nhà kính vào bầu Khí Cũng nhƣ nƣớc khác, Việt Nam chƣơng trình khí sinh học chăn ni đƣợc nghiên cứu ứng dụng từ năm 1960, với mục đích xây dựng ngành khí sinh học phát triển theo hƣớng bền vững, góp phần xử lý chất thải vật nuôi, bảo vệ môi trƣờng giảm thiểu sử dụng nhiên liệu hóa thạch Tuy nhiên, trình sử dụng, ngƣời dân chƣa sử dụng hiệu nguồn lƣợng này, gây thất khí sinh học ngồi mơi trƣờng, làm gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí Do đó, đề tài: Đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh hoạt động sản xuất tiêu thụ Biogas ba trang trại chăn ni Huyện Lương Sơn, Tỉnh Hịa Bình Nhằm đánh giá lại hiệu sử dụng Biogas ngƣời dân, đồng thời tìm giải pháp hữu hiệu làm giảm phát thải khí nhà kính tăng đƣợc lợi ích kinh tế cho chủ hộ Đề tài nghiên cứu ba trang trại chăn nuôi lợn có sử dụng bể biogas Trong đó, có hai trang trại chăn nuôi DNTN SX-DV-TM Minh Đức, trang trại chăn nuôi công ty TNHH Thành Long Và ba trang trại đóng địa bàn huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá đƣợc phát thải khí CH4 vào bầu Khí q trình sản xuất tiêu thụ Biogas trang trại Từ đó, đề xuất đƣợc giải pháp giảm thiểu phát thải khí CH4 làm tăng lợi ích kinh tế cho ngƣời dân Dự kiến đóng góp đề tài Đánh giá đƣợc tình hình sử dụng Biogas trang trại nghiên cứu nói riêng định hƣớng cho đánh giá khác sau phát thải khí CH4 trang trại chăn nuôi 3000 2495 MtCO2e 2500 2128 2000 1500 1000 668 618 612 500 474 72 Bò thịt Bò sữa Trâu Lợn Gà Dê, cừu Lồi gia cầm khác Hình 1.1: Ƣớc tính lƣợng phát thải KNK theo lồi Nguồn: [11] Lƣợng khí nhà kính phát thải chăn ni có từ nhiều nguồn phát thải khác Theo [23], phát thải khí nhà kính chăn ni có nguồn sau: lƣợng khí nhà kính hoạt động tiêu hóa thức ăn chiếm 39% lƣợng phát thải khí nhà kính hoạt động chăn nuôi, quản lý phân chuồng chiếm 26%, sản xuất thức ăn chăn nuôi chiếm 21%, thay đổi sử dụng đất rừng thành đồng cỏ chiếm 9% đốt phụ phẩm nông nghiệp 5% Theo [10], lƣợng phát thải khí nhà kính chăn ni chiếm 80% lƣợng khí thải ngành nơng nghiệp Cụ thể với khí nhà kính CO2, CH4, N2O nhƣ sau: + CO2: Trong chăn ni lƣợng phát thải khí CO2 khoảng 9% lƣợng phát thải khí nhà kính tồn cầu Chủ yếu phá rừng để làm đồng cỏ trồng thức ăn cho vật nuôi + CH4: Trong chăn nuôi lƣợng phát thải CH4 chủ yếu từ hoạt động lên men động vật nhai lại phân gia súc thải Khí CH4 chăn ni chiếm 80% lƣợng khí CH4 thải ngành Nông nghiệp chiếm khoảng 35– 40% tổng lƣợng khí CH4 ngƣời phát thải vào bầu Khí + N2O: Hoạt động chăn ni phát thải lƣợng lớn khí N2O vào bầu Khí Đây khí nhà kính có khả hấp thụ nhiệt lớn loại khí CO2 < CH4 < N2O Khí N2O chăn ni chiếm 2/3 lƣợng khí N2O ngƣời thải chiếm 75 – 80% lƣợng khí N2O phát thải ngành nơng nghiệp Xu hƣớng cho thấy khí tăng đáng kể thập kỷ tới 14 Đối với chăn ni sản xuất thịt lợn theo ƣớc tính AHDB [9] lƣợng phát thải khí nhà kính khoảng 793 MtCO2e mà đại diện cho khoảng 1,6% lƣợng khí nhà kính tồn cầu M t khác, theo [11], nguồn phát thải khí nhà kính chăn nuôi lợn Thế giới từ sản xuất thức ăn chăn ni quản lý phân chuồng Trong đó: + Sản xuất thức ăn chăn ni đóng góp 48% lƣợng khí thải, thêm 12,7% lƣợng khí thải từ thay đổi sử dụng đất để trồng đậu tƣơng sản xuất thức ăn chăn ni Khoảng 27% lƣợng khí thải liên quan đến sản xuất phân bón, sử dụng máy móc vận chuyển sản phẩm thức ăn chăn nuôi + Lƣu trữ xử lý phân chuồng chiếm 27,4% lƣợng khí thải Chủ yếu khí thải dạng CH4 (19,2% từ hệ thống lƣu trữ yếm khí vùng khí hậu ấm áp , phần lại N2O chiếm 8,2% Khí thải từ trang trại chế biến vận chuyển thức ăn chăn nuôi phát thải 5,7% lƣợng khí CO2 Hơn nữa, việc sử dụng lƣợng trang trại chiếm 3,5% lƣợng phát thải khí nhà kính (hình 1.2 2.90% 5.70% 7.90% 0.60% 9.10% 8.20% 3.40% Phân chuồng lắng đọng thời gian lƣu dài, N2O Phân bón phụ phẩm trồng, N2O Thức ăn: lúa gạo, CH4 Thức ăn, CO2 Thay đổi sử dụng đất trồng đậu tƣơng, CO2 Phát thải CH4 từ lên men ruột Quản lý phân chuồng, CH4 Quản lý phân chuồng, N2O 19.20% Năng lƣợng gián tiếp, CO2 27.10% 3.10% Năng lƣợng trực tiếp, CO2 Trang trại, CO2 12.70% Hình 1.2: Lƣợng phát thải khí nhà kính tồn cầu từ chăn nuôi lợn Nguồn: [11] 1.2.2 Phát thải KNK hoạt động chăn nuôi Việt Nam Chăn ni đóng vai trị quan trọng chiến lƣợc phát triển nông thôn Việt Nam Theo [6], lƣợng chăn nuôi gia súc gia cầm tiếp tục tăng mạnh năm qua (bảng 1.5) 15 Bảng 1.5: Số lƣợng gia súc, gia cầm từ năm 2010 đến năm 2014 Năm Trâu 2010 2011 2012 2013 2014 (sơ bộ) 2.877,0 2.712,0 2.627,8 2.559,5 2.511,9 Bị Nghìn 5.808,3 5.436,6 5.194,2 5.156,7 5234,3 Lợn 27.373,1 27.065,0 26.493,9 26.264,4 26.761,6 Gia cầm Triệu 300,5 322,6 308,5 317,7 327,7 Nguồn: [6] Đ c biệt, theo [5] tính đến năm 2011, nƣớc có 4,13 triệu hộ chăn ni lợn Tính chung vùng miền Bắc, miền Trung chiếm 80,2% tổng số hộ chăn ni lợn, cịn lại 19,8% số hộ chăn nuôi Tây Nguyên, Nam Bộ Chăn nuôi lợn phổ biến nƣớc ta nhóm hộ chiếm 86,43 % (quy mô từ 1-9 con) Tuy nhiên, quy mơ chăn ni có chuyển dịch từ chăn nuôi nhỏ lẻ sang quy mô lớn Năm 2011, quy mô chăn nuôi nhỏ giảm 38,5% so với năm 2006 quy mô vừa (10 – 49 tăng 3,4% quy mô lớn (từ 50 trở lên tăng 80% so với năm 2006 Cụ thể, năm 2011, Chăn nuôi quy mô nhỏ chiếm 86,43%, quy mô vừa chiếm 12,79%, quy mô lớn chiếm 0,78% Việc phát triển số lƣợng vật ni kèm theo thay đổi sử dụng đất để có đất làm trang trại, xây chuồng nuôi, làm gia tăng lƣợng thức ăn cung cấp cho vật nuôi đồng nghĩa với việc gia tăng khí nhà kính vào bầu Khí quyển, theo [19], tổng lƣợng phát thải khí nhà kính Nơng nghiệp năm 2010 88.354,77 nghìn CO2e, chăn ni chiếm 20,41 % (11% phát thải lên men khí CH4 ruột, 10% từ quản lý phân chuồng) (bảng 1.6) Bảng 1.6: Lƣợng KNK chăn nuôi Việt Nam năm 2010 ( nghìn CO2e) STT Các trình Qúa trình lên men ruột Gia súc Trâu Cừu Dê Ngựa Lợn Thịt gia cầm Quản lý phân bón CH4 9467,51 5399,23 3322,94 8,27 127,04 35,19 574,84 2319,51 16 N2 O 6240,49 CO2-eq 9467,51 5399,23 3322,94 8,27 127,04 35,19 574,84 8560,00 T lệ % 10,72 9,69 STT 10 11 12 13 14 Các trình Gia súc Trâu Cừu Dê Ngựa Lợn Thịt gia cầm Đầm yếm khí Quản lý phân lỏng Rắn khô Khác Phát tán hàng ngày Xử lý kỵ khí Phân hủy yếm khí CH4 380,86 406,84 1,54 21,91 14,65 926,98 566,72 N2 O CO2-eq 380,86 406,84 1,54 21,91 14,65 926,98 566,72 49,26 6191,24 6109,64 81,59 T lệ % Nguồn: [19] Nhƣ trình bày bày ta thấy Việt Nam có tiềm phát thải khí CH4 chăn ni lớn Tính đến nay, Việt Nam có khoảng triệu hầm khí sinh học, có vài chục nghìn hầm túi khí chất dẻo lại hầm xây dựng kiên cố Mỗi năm, lƣợng khí sinh học sinh xấp xỉ 10 tỷ (m3/năm) từ nguồn rác thải, chất thải gia súc phế phụ phẩm nơng nghiệp,… đó, lƣợng khí sinh học từ chất thải gia súc chiếm xấp xỉ 4,8 tỷ (m3/năm) (bảng 1.7) Bảng 1.7 Tổng lƣợng khí Methane từ chất thải gia súc (năm 2010) Lƣợng KSH Lƣợng KSH trung (triệu m3 năm) bình (triệu m3 năm) 335–720 527,5 10,93 Bò 562–1.200 881 18,26 Lợn 1.500–2.250 1.875 38,87 Gia cầm 1.400–1680 1.540 31,94 Tổng cộng 3.797–5850 4.823,5 100 Lồi Trâu T lệ (%) Nguồn: [19] Chính vây, sử dụng Biogas làm giảm phát thải khí CH4 vào bầu Khí thơng qua việc sử dụng Khí sinh học, mà cịn tiết kiệm đƣợc chi phí lƣợng khác cho ngƣời dân 17 Vừa tái cấu ngành nông nghiệp để phát triển kinh tế bảo vệ môi trƣờng Trên thực tế, theo [24], quản lý phân lợn tỉnh phía Bắc cịn chƣa cao Việc xả thải trực tiếp ngồi môi trƣờng chiếm tỷ trọng cao 19% Việc chọn cách quản lý phân chủ yếu ngƣời dân xả thải trực tiếp môi trƣờng ho c làm phân bón hữu chiếm 57% Đây khơng phải cách quản lý phân chuồng triệt để, gây ô nhiễm mơi trƣờng nƣớc khơng khí nghiêm trọng Trong đó, việc sử dụng Biogas chiếm 43% (hình 1.3 Xét khía cạnh mơi trƣờng, kinh tế Biogas cách quản lý hiệu quả, khơng giảm nhiễm nguồn nƣớc, mơi trƣờng khơng khí, mà cịn tăng lợi ích kinh tế hộ gia đình việc sử dụng khí sinh học Tuy nhiên, Biogas q trình sinh khí sinh học, chủ yếu khí CH4 Chính vậy, việc sử dụng khí sinh học quản lý hầm Biogas khơng tốt dễ gây phát thải khí CH4 vào bầu Khí Phần lớn nay, dƣ thừa khí sinh học trang trại lớn Đây nguyên nhân dẫn đến gia tăng lƣợng khí nhà kính vào bầu Khí 43% 57% Phân lợn 100% Trồng trọt 12% 6% 20% Thải trực tiếp ho c làm phân bón hữu 13% 13% 19% Biogas Ao cá 17% Buôn bán phân hữu Xả thải Hình 1.3: Sơ đồ cách Quản lý phân miền Bắc Việt Nam Nguồn: [24] 18 1.3 Ảnh hƣởng hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải KNK (CH4) 1.3.1 Hệ thống Biogas a, Đặc điểm Khí sinh học Theo [1] [21], Khí sinh học hỗn hợp chất khí dễ cháy Nó bao gồm chủ yếu khí CH4 (chiếm 50 – 70%), CO2 (chiếm 30 – 45%) đƣợc hình thành từ phân hủy kị khí Do CH4 cháy đƣợc, nên khí sinh học cháy đƣợc (bảng 1.8) Bảng 1.8: Thành phần khí sinh học Loại khí Loại khí T lệ (%) T lệ (%) Mê tan (CH4) 50 - 70 Hidro (H2) 0-3 Cacbonnic ( CO2) 30 - 45 Oxy (O2) 0-3 Hidrosunfua (H2S) 0-3 Nitơ (N2) 0-3 Nguồn: [1] Theo [21], khí Methane thành phần chủ yếu Biogas Nó loại khí khơng màu, khơng mùi, sơi -1620C cháy có lửa màu xanh M t khác, khí CH4 thành phần khí đốt tự nhiên (chiếm 77 – 90%) Ở nhiệt độ áp suất bình thƣờng khơng có tác động khí CO2 khối lƣợng riêng CH4 khoảng 0,75 kg/m3 Nhƣng theo [1] [21], khí sinh học có 60% CH4 40% CO2 khối lƣợng riêng khoảng 1,2 (kg/m3) Methane có nhiệt trị (nhiệt lƣợng tỏa cháy hoàn toàn đơn vị khối lƣợng nhiên liệu) 35.906 KJ/m3= 8576 kcal/m3 b, Hệ thống biogas thông dụng Chất thải chăn nuôi Thu khí sinh học Sử dụng Bể nạp Bể lắng Hầm Biogas Thải mơi trƣờng Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống Biogas thông dụng 19 Hệ thống Biogas thông dụng chủ yếu đƣợc xây gạch, bể composit, túi khí,… có quy trình sản xuất Khí sinh học nhƣ Chất thải chăn ni đƣợc thu vào bể nạp sau đƣa vào hầm Biogas Tại đây, xảy q trình yếm khí, sinh khí sinh học (CH4 chủ yếu chiếm 50-70% Sau đó, chất khí đƣợc thu lại để sử dụng, bã nƣớc thải đƣợc đƣa sang bể lắng thải ngồi mơi trƣờng Theo [4], nay, hầm Biogas đƣợc chia làm loại nhƣ sau: - Hầm nắp trơi có xuất xứ từ Ấn Độ (hình 1.5) + Ƣu điểm: Áp suất ổn định, dễ sử dụng, phù hợp với hầm lớn + Nhƣợc điểm: Chi phí cao, bảo dƣỡng thƣờng xuyên, nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, nắp làm kim loại nên khơng thích hợp vận chuyển xa Hình 1.5: Hầm biogas nắp trơi - Hầm nắp cố định có xuất xứ từ Trung Quốc (chủ yếu Hầm vịm nắp cố định) (hình 1.6 + Ƣu điểm: Kết cấu dƣới đất nên có nhiệt độ ổn định, xây dựng chỗ với vật liệu địa phƣơng, độ bền cao, phải bảo dƣỡng + Nhƣợc điểm: Tốn diện tích xây dựng, áp suất khí khơng ổn định, chi phí xây dựng cao, bảo dƣỡng khó khăn khơng lấy đƣợc bã thải khỏi hầm 20 Hình 1.6: Hầm biogas nắp cố định - Hầm dạng túi ủ có xuất xứ từ Colombia Hiện nay, cải tiến hầm dạng hầm túi nhựa HDPE (hình 1.7 + Ƣu điểm: Chi phí đầu tƣ thấp, đào vị trí nơng, thích hợp cho vùng có vị trí nƣớc ngầm cao + Nhƣợc điểm: Dễ hỏng, cần bảo dƣỡng thƣờng xuyên, áp suất khí thấp, tuổi thọ hầm thấp, nhạy cảm với thời tiết địi hỏi diện tích xây dựng lớn Hình 1.7: Hầm biogas dạng túi ủ - Hầm dạng kết hợp (nắp cố định túi khí _ mơ hình VACVINA cải tiến) có xuất xứ Việt Nam (hình 1.8 + Ƣu điểm: nằm chìm dƣới đất, chịu tác động mơi trƣờng, tốn đất, giá thành rẻ, dễ xây dựng + Nhƣợc điểm: áp suất khí thấp, phải dùng túi chứa khí máy hút khí sử dụng, suất sinh khí thấp hiệu suất đầu tƣ thấp 21 Hình 1.8: Hầm biogas VACVINA cải tiến Ngồi ra, cịn có hầm dạng đặc biệt: Hầm chảy dài hầm ủ khô Nhìn chung, hầm biogas đời từ lâu phổ biến toàn Thế giới, dạng hầm khác có ƣu nhƣợc điểm khác Nhƣng hầu hết hầm có cơng thấp, khơng lấy đƣợc hết bã thải ngồi khó vận hành trình sử dụng c, Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động hệ thống Biogas Quan trọng điểm mấu chốt hệ thống biogas hoạt động tốt hay trình yếm khí, sinh khí CH4 hầm biogas - Qúa trình yếm khí Các chất thải dƣới tác dụng Vi sinh vật yếm khí bị phân hủy thành chất hịa tan chất khí Phần lớn chất bị chuyển hóa thành khí CH4 khí CO2 Các phản ứng sinh hóa q trình lên men yếm khí phức tạp có nhiều phản ứng sinh hóa diễn (hình 1.9 Chất hữu ⇒ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S +… 22 Chất hữu phức tạp ( Protein, Lypid, hydratcarbon,… Giai đoạn thủy phân (Phân giải CHC phức tạp thành CHC đơn giản Chất hữu hòa tan ( Đƣờng, peptid, acid amin,… Giai đoạn Lên Men Các acid béo dễ bay hơi(propionic, butynic, axetic, lactic,… Giai đoạn Oxy hóa yếm khí AXETAT H2 , CO2 Giai đoạn Methane hóa CH4 CO2 Hình 1.9: Sơ đồ q trình vi sinh hóa lên men Methane Nguồn: [17] Theo [17], q trình tạo thành khí sinh học diễn giai đoạn nhƣ sau: Giai đoạn thủy phân: Đây giai đoạn đầu tiên, phân đƣợc nạp vào bể đƣợc chuyển hóa thơng qua q trình thủy phân Các chất hữu phức tạp nhƣ protein, lipid, hydratcacbon bị thủy phân thành chất hữu đơn giản nhƣ acid propionic, acid lactic, axetic,… chất khí CO2, H2, NH3 Giai đoạn lên men giai đoạn lên men Khí sinh học Các chất đƣợc tạo từ giai đoạn trƣớc tiếp tục chuyển hóa thành phân tử nhỏ nhƣ H2, acid axetic, ethanol, butyric,… Hơn nữa, trình tạo sản phẩm lên men gây mùi khó chịu nhƣ H2S,… Giai đoạn oxy hóa kị khí: giai đoạn tiếp tục phân giải chất để tạo thành phân tử đơn nhỏ để có khả tạo thành khí Methane Sản phẩm q trình acid axetic, H2, CO2 Ví dụ: (Ethanol) CH3CH2OH + H2O → CH3COO - + H+ + 2H2 Giai đoạn Methane hóa: Qúa trình diễn đồng thời đƣờng + Vi khuẩn Hydrogenotrophic Methanogen sử dụng chất H2 CO2 CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O 23 + Vi khuẩn Acetotrophic Methanogen chuyển hóa Axetat thành CH4 CO2 khoảng 70% khí Methane sinh đƣờng CH3COOH → CO2 + CH4 4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2 + Vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải chất chứa nhóm metyl CH3OH + H2 → CH4 + 2H2O 4(CH3)3-N (trymethyllamin) + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3 Ngồi ra, cịn số yếu tố khác ảnh hƣởng đến suất sinh khí hầm Biogas nhƣ: Nhiệt độ: có vùng nhiệt độ thích hợp cho lên men vi khuẩn sinh khí Methane từ 20 – 450C (Nhiệt độ tối ƣu 350C 450C (nhiệt độ tối ƣu 550C) Do vi khuẩn sinh khí Methane nhạy cảm với nhiệt độ nên cần biên độ nhiệt thay đổi xuống dƣới 100C cho vi khuẩn hoạt động suất gas thấp ho c khơng sinh khí gas pH: vi khuẩn sinh khí Methane có độ pH từ 6,5 – thích hợp để vi khuẩn sinh hoạt động hiệu Khi pH lớn ho c nhỏ thi hoạt động nhóm Vi khuẩn giảm nhanh chóng Độ ẩm: từ 91,5 – 96% độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển mạnh Hàm lượng chất khô: Để đảm bảo cho hầm Biogas hoạt động ổn định liên tục cần phải cung cấp nguyên liệu hàng ngày đủ cho vi khuẩn hoạt động Thành phần chủ yếu nguyên liệu là: Carbon (ở dạng Carbonhydrate Nitơ (ở dạnh nitrate, ammoniac, protein Ngồi ra, cịn phải đảm bảo tỷ lệ C/N = 25/1 đến 30/1 tỷ lệ mà phân hủy xảy tốt Tỉ lệ phân/nước: Với tỷ lệ 1/3, 1/4 ho c 1/7 trạng thái tốt để phân hủy sinh khí biogas Nếu khơng tỷ lệ này, q lỗng vi khuẩn khơng thể phân hủy, q đ c gây cản trở việc khí Thời gian lưu phân hầm từ 30-50 ngày tốt để vi khuẩn phân hủy hết lƣợng chất hữu Khi đó, khí Biogas sinh tận dụng tối đa bã thải bị tiêu diệt hết mầm bệnh, ký sinh trùng bệnh lây lan khác 24 1.3.2 Ảnh hƣởng hoạt động hệ thống Biogas đến phát thải khí CH4 a, Mặt tích cực việc sử dụng biogas chăn nuôi + Cung cấp lƣợng Khí sinh học có thành phần chủ yếu khí CH4 nên cháy có khả cháy có nhiệt trị từ 3.430 – 5.146 (Kcal/m3) Theo [1], m3 khí sinh học tƣơng đƣơng với 4,83 kg củi, 1,62 kg than củi, 0,76 lít dầu hỏa, 0,48 kg khí hóa lỏng 5,18 KWh điện Vì vậy, lƣợng sử dụng để thắp sáng, đun nấu, chạy máy phát điện ho c dùng sấy nông sản, ấp trứng, sƣởi ấm cho vật nuôi,… + Giảm ô nhiễm môi trƣờng giảm phát thải KNK Do khí sinh học khí khơng màu, khơng mùi, cháy lƣợng khí CH4 đƣợc phân hủy trở thành khí CO2 H2O Nếu sử dụng khí sinh học cách gây nhiễm cho mơi trƣờng giảm phát thải khí CH4 vào bầu Khí M t khác, việc sử dụng khí sinh học cịn làm giảm tiêu thụ lƣợng hóa thạch, xử lý đƣợc phân chuồng, giảm bệnh giun sán bệnh truyền nhiễm khác + Lợi ích cho Nơng nghiệp Phân bón đƣợc ủ hầm biogas có hàm lƣợng ammoniac cao nên bón loại phân này, phát triển nhanh chóng, khỏe mạnh bị sâu bệnh Loại phân giúp cải tạo đất, cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi Trong nuôi trồng thủy sản, bã thải hầm biogas giúp kích thích phát triển sinh vật phù du Đây nguồn thức ăn cá Ngồi ra, bã cịn thức ăn tốt cho ni giun + Lợi ích khác Phát triển hầm Biogas xử lý chất thải chăn ni giúp đại hóa nơng thơn theo hƣớng tích cực hơn, giải đƣợc nhiều cơng ăn việc làm cho ngƣời dân, hạn chế đƣợc việc sử dụng lƣợng hóa thạch, thuốc trừ sâu, phân bón hóa học Hơn nữa, cịn giúp cải tạo đất, chống xói mịn suy thối đất 25 b, Mặt tiêu cực sử dụng hầm biogas đến phát thải khí CH4 Để có đƣợc hệ thống Biogas, ngƣời nơng dân phải bỏ khoản chi phí đầu tƣ cao, địi hỏi phải có kĩ thuật vận hành bảo dƣỡng tốt Các dạng bể biogas có suất cho khí thấp nên chƣa đạt đƣợc hiệu cao sử dụng M t khác, sử dụng khí sinh học cho nhu cầu sinh hoạt ngƣời phải sử dụng thiết bị riêng cho khí sinh học chạy động đốt phải sử dụng lọc H2S CO2 để máy bền Hoạt động sản xuất khí sinh học từ hệ thống biogas giúp làm giảm phát thải khí nhà kính CH4, N2O Tuy nhiên, khí sinh q trình sản xuất tiêu thụ biogas có tiềm hấp thụ nhiệt lớn, cụ thể khí CH4 khí N2O cao CO2 lần lƣợt 21 270 lần Trên Thế giới, có 30 triệu CH4 đƣợc tạo năm từ hệ thống quản lý phân khác nửa số đƣợc tạo từ sản xuất khí sinh học Các nƣớc Đơng Âu, Châu Á năm phát thải 6,2 triệu khí CH4 Tải FULL (70 trang): https://bit.ly/3Tx89fm Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Việc sử dụng khí sinh học tốt q trình hoạt động sử dụng biogas khơng g p vấn đề trục trắc Nhƣng xảy cố rị rỉ khí Methane từ bể phân hủy, bể lƣu trữ khí sinh học nhƣ rò rỉ từ đƣờng ống vận chuyển ho c việc xả thải khí sinh học vào bầu khí gây nhiễm mơi trƣờng khơng khí Khí sinh học xả thải khơng phát thải CH4 mà cịn phát thải ngồi mơi trƣờng thêm số chất khí khác có khí sinh học nhƣ H2S, N2O, CO, NH3,… gây ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe ngƣời sinh vật Bên cạnh đó, chúng cịn làm gia tăng hiệu ứng nhà kính biến đổi khí hậu + H2S khí độc gây mùi thối ảnh hƣớng đến sức khỏe ngƣời hoạt động bể Biogas không cách làm phát thải khí sinh học ngồi dễ bị đau đầu, căng cơ, khó thở,… khí gây + NH3: Ƣớc tính hàng năm phát thải NH3 từ phân lợn khoảng 5,1 kg/năm Trong q trình lên men kị khí kết hợp với pH tăng làm tăng khả phát thải NH3 vào bầu Khí sau NH3 rơi xuống đất gây axit hóa đất M t khác, việc cân nguyên liệu đầu vào cho hầm biogas thể tích sinh khí hầm quan trọng Nếu nguyên liệu đầu vào thể tích 26 sinh khí nằm giới hạn cho phép việc sử dụng hầm biogas hiệu Nhƣng nhiều nguyên liệu đầu vào làm cho sản lƣợng khí sinh lớn thể tích chứa hầm biogas, thêm vào nhu cầu tiêu thụ khí sinh học khơng thể tiêu thụ hết đƣợc lƣợng khí sinh dễ dẫn đến cháy, nổ hầm biogas 1.4 Giới thiệu huyện Lƣơng Sơn, tỉnh Hịa Bình 1.4.1 Điều kiện tự nhiên Huyện Lƣơng Sơn [30] nằm phía đơng tỉnh Hịa Bình, nơi chuyển tiếp Đồng Châu thổ sông Hồng với vùng miền núi Hịa Bình khu vực Tây Bắc Tọa độ địa lý từ 105025’14’’ - 105041’25’’ kinh độ Đông, 20036’30’’- 20057’22’’ vĩ độ Bắc - Phía tây giáp huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hịa Bình - Phía Nam giáp huyện Kim Bơi Lạc Thủy, tỉnh Hịa Bình - Phía Đông giáp huyện Mỹ Đức, Chƣơng Mỹ, Hà Nội - Phía Bắc giáp huyện Quốc Oai, Hà Nội Tổng diện tích tự nhiên [29] 375 km2 với mật độ dân số 214 (ngƣời/km2), địa hình chủ yếu núi đồng bằng, có độ cao trung bình 251 m so với mực nƣớc biển Tải FULL (70 trang): https://bit.ly/3Tx89fm Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net Đ c điểm khí hậu mang tính chất khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng, ẩm, mƣa nhiều, xạ nhiệt cao Mùa đơng tháng 11 đến tháng năm sau, mùa hè tháng đến tháng 10 Nhiệt độ trung bình năm 230C, lƣợng mƣa trung bình năm 1.769 mm với 153 ngày có mƣa, tập trung chủ yếu vào mùa hè Với đ c điểm khí hậu nhƣ vậy, phù hợp để phát triển sản xuất Nơng – Lâm nghiệp, có tiểu vùng khí hậu khác nên phát triển giống trồng vật nuôi phong phú theo quy mô lớn nhƣ trang trại, Hệ thống sông, suối ngắn dốc Vì vậy, mùa khơ vùng có nƣớc thƣờng xảy tƣợng rửa trơi, xói mịn đất Huyện có sơng chảy qua (sơng Bùi, Cị, Bơi , 18 suối, 20 hồ nƣớc Đây nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt, sản xuất cho vùng Tính đến năm 2002, diện tích rừng Huyện 65.228.510 m2, diện tích rừng tự nhiên 30.012.706 m2, rừng trồng 35.128.404 m2 27 Ngồi ra, Huyện cịn có danh lam, thắng cảnh, di tích khải cổ học phát triển du lịch nhƣ hang Trầm, hang Rồng, hang Tằm, hang Trâu, núi Vua Bà,… 1.4.2 Điều kiện kinh tế xã hội Huyện Lƣơng Sơn gồm 19 xã thị trấn, vùng trung tâm có xã thị trấn, vùng phía nam có xã vùng xã chuyển Huyện Lƣơng sơn Dân số 98.856 ngƣời [30], đó: dân tộc Mƣờng chiếm 70% Số nhân trung bình ngƣời/hộ Vì vậy, nguồn lao động tƣơng đối dồi nhƣng chủ yếu lao động nơng nghiệp Tổng diện tích đất trồng trọt Huyện 6.517 ha, diện tích đất trồng lúa 5.096 (chiếm 78%) Cơ cấu ngành nơng nghiệp có chuyển dịch tích cực, giảm tỷ trọng ngành Trồng trọt tăng tỷ trọng nghành Chăn nuôi, Thủy sản Lâm nghiệp Tuy nhiên đến nay, trồng trọt giữ vai trò quan trọng chiếm 62,56% tổng giá trị sản lƣợng ngành nông – lâm nghiệp Trong chăn ni, đàn trâu bị ln giữ đƣợc ổn định số lƣợng Đàn lợn phát triển nhanh, bình qn tăng 5,9%/năm Chăn ni gia cầm hộ gia đình đƣợc hộ tham gia tích cực Tính đến năm 2003, tổng đàn trâu huyện 12.540 con, đàn Bị có 4.000 con, đàn Lợn có 37.558 con, đàn Gia cầm có 41.368 28 6732463 ... này, gây thất khí sinh học ngồi mơi trƣờng, làm gia tăng lƣợng khí CH4 vào bầu Khí Do đó, đề tài: Đánh giá phát thải khí CH4 phát sinh hoạt động sản xuất tiêu thụ Biogas ba trang trại chăn nuôi Huyện... TRUNG HIẾU ĐÁNH GIÁ PHÁT THẢI KHÍ CH4 PHÁT SINH TRONG HOẠT ĐỘNG SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ BIOGAS TẠI BA TRANG TRẠI CHĂN NUÔI Ở HUYỆN LƢƠNG SƠN, TỈNH HỊA BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU Chuyên... CH4 phát thải vào bầu Khí Chƣơng III: Đánh giá phát thải khí CH4 đề xuất giải pháp cho trang trại nghiên cứu Giới thiệu hệ thống Biogas ba trang trại nghiên cứu, ƣớc tính lƣợng khí CH4 phát thải,