Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài: “Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ Biogas tại xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh”. Ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của cô giáo Th.s Lưu Thị Uyên và sự giúp đỡ của các cán bộ xã Tri Phương. Tới nay, khóa luận của em đã được hoàn thành. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Lưu Thị Uyên đã giúp đỡ em rất tận tình và chu đáo về chuyên môn trong quá trình thực hiện đề tài. Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ xã Tri Phương đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành khỏa luận này. Em kính chúc các thầy cô luôn luôn mạnh khỏe và hạnh phúc. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2013 Sinh Viên Nguyễn Thị Hà LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp này của em được hoàn thành dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Th.s Lưu Thị Uyên cùng với sự cố gắng của bản thân. Trong quá trình nghiên cứu, em đã tham khảo và kế thừa những thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học và các nhà nghiên cứu với sự trân trọng và lòng biết ơn. Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là trung thực và không có sự trùng lặp với kết quả của các tác giả khác. Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2013 Sinh Viên Nguyễn Thị Hà MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐH Đại học NXB Nhà xuất bản VAC Vườn ao chuông vsv Vi sinh vật TCN Tiêu chuân ngành UBND ủy ban nhân dân THCS Trung học cơ sở QĐ-BNN Quyết định - bộ nông nghiệp KHCNVN Khoa học công nghệ Việt Nam NN&PTNN Nông nghiệp & phát triên nông thôn 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là nước nông nghiệp với khoảng 73% dân số sống ở vùng nông thôn, phát triển kinh tế nông nghiệp và nông thôn là một trong những mục tiêu được Đảng và Nhà nước hết sức chú trọng, trong đó có phát triển kinh tế hộ gia đình thông qua các hoạt động phát triển chăn nuôi. Những năm qua, chăn nuôi có sự tăng trưởng nhanh cả về quy mô và giá trị. Tuy vậy, tại một số địa phương do chăn nuôi thiếu quy hoạch đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường trầm trọng. Nếu không được xử lý triệt để, các chất thải chăn nuôi là một trong những nguồn gây ô nhiễm nguồn nước, không khí và đất, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống và sức khoẻ của cộng đồng dân cư. [ 5] Theo tính toán của các chuyên gia, hàng năm tổng đàn gia súc, gia cầm của nước ta thải vào môi trường khoảng 84-85 triệu tấn chất thải rắn. Đây là một trong các nguồn chất thải lớn có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường ở nông thôn. Bên cạnh đó, một khối lượng lớn chất thải sinh hoạt, chất thải làng nghề, chất thải nông nghiệp khác được thải ra môi trường. [5] Việc quản lý chất thải từ gia súc cần một giải pháp tổng họp (kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế). Riêng về các biện pháp kỹ thuật, trong những năm gần đây công nghệ khí sinh học Biogas đã được đề xuất, ứng dụng nhằm xử lý chất thải chăn nuôi, tạo khí đốt phục vụ nhu cầu tiêu thụ năng lượng và bảo vệ môi trường. Xây dựng hệ thống biogas được đánh giá là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt và hiệu quả nhất, ở các vùng nông thôn nước ta nông dân bước đầu đã tiếp cận và vận dụng mô hình công nghệ đa mục tiêu này. Xã Tri Phương, huyện Tiên Du là một trong những xã có đàn gia súc lớn nhất huyện với hàng chục nghìn đầu lợn và trâu bò. Việc quản lý chất thải PHẦN 1. MỞ ĐẦU 4 từ chăn nuôi gia súc là vô cùng cần thiết, vừa để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường vừa tận dụng nguồn chất thải. Các nhà quản lí chuyên môn và chính quyền địa phương cũng xác định xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi tốt nhất đối với Tri Phương, tuy nhiên trong quá tình triển khai xây dựng và phát triển hệ thống biogas bên cạnh những thuận lợi như sự hỗ trợ về kỹ thuật và tài chính của chính quyền địa phương, của các Dự án .còn có không ít những khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm, hiệu quả sử dụng biogas còn chưa cao. [7] Để đẩy mạnh phát triển mô hình biogas và nâng cao hiệu quả sử dụng thì những nghiên cứu về thực trạng phát triển, tình hình sử dụng và hiệu quả của mô hình này là rất cần thiết và quan trọng. Từ thực tế đó, em đã tiến hành đề tài: “Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Trì Phương, huyện Tiên Du, tình Bắc Ninh”. 1.2. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài nhằm đạt được những mục tiêu sau: - Khảo sát tình hình phát triển chăn nuôi của xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh - Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh. - Thuận lợi và khó khăn khi xây dựng và sử dụng hầm biogas của hộ gia đình nói riêng và địa phương nói chung. - Đề xuất giải pháp nhằm đẩy mạnh tốc độ xây dựng và sử dụng hầm biogas tại địa phương. CHƯƠNG 1. Cơ SỞ LÍ LUÂN VÀ THƯC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI • • PHẦN 1. MỞ ĐẦU 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS 1.1.1. Nguồn nguyên liệu thô để sản xuất biogas [3],[6] 1.1.1.1. Đặc tính chung của nguyên liệu Biogas (khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ (phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí. Biogas là một hỗn họp bao gồm metan, cacbon dioxit, nitơ, hydro suníua Chất thải của động vật (phân, nước tiểu) trong chăn nuôi là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo biogas. Thành phần, tính chất của các loại chất thải có sự khác nhau giữa các loại gia súc. Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân hủy sinh học và năng suất sản sinh biogas. Thảnh phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng (nước tiểu của động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ đặc tính và tỷ lệ tương ứng các thành phần này thay đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào loại động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp Ấn Độ, Napal, Việt Nam khối lượng phát sinh và thành phần, tính chất của các loại chất thải được ước tính như sau: PHẦN 1. MỞ ĐẦU 6 (a) Chất thải của trâu, bò Tại Ấn Độ, hầu hết chất thải từ trâu bò được sử dụng làm biogas do thành phần này có tính đồng nhất cao, tỷ lệ C:N của chất thải ở gần mức tối ưu (30:1), thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học. Ở Ấn Độ, theo ước tính, mỗi ngày có khoảng 2 triệu tấn chất thải phát sinh chủ yếu từ trâu bò, chỉ 1 nửa khối lượng này được sử dụng để chuyển hóa thành biogas thì lượng khí sinh ra có mức năng lượng tương đương 80 triệu tấn than đá. [3] (b)Chất thải của lợn Tỷ lệ C:N trong chất thải của lợn thấp hơn so với trâu bò, tỷ lệ này dao động trong khoảng 13-15:1. Do tỷ lệ C:N thấp nên để tăng hiệu quả của quá trình sản xuất biogas người ta thường bổ sung thêm một số thành phần khác trong nguồn nguyên liệu đầu vào của hầm ủ. Thành phần hỗn họp có thể bao gồm: - 60% phân lợn, 2 0 % phân người và 20 % chất thải từ trồng trọt (lá cây, cỏ cắt xén ). - 60% phân lợn, 20% phân bò và 15% chất thải từ trồng trọt. 63% phân lợn, 25% phân bò và 12% phân gà. Bảng 1: ước lượng chất thải phát sinh từ động vật Khôi lượng chât thải phát sinh (kg/ngày/1 con) Khôi lượng chât thải có khả năng thu gom (kg/ngày/1 con) (a) Trâu, bò 10-15 5-8 (b) Lợn 1,3 0,3 (c) Cừu 0,75 0,25 (d) Gia câm (gà, vịt) 0,75 0,75 Nguồn:B.T.NIJẢGUNẢ, Biogas Technology, New Age IternationalPublỉsher. [3] 7 (c) Chất thải từ gia cầm Loại chất thải này có tỷ lệ C:N thấp, khoảng 15:1, do đó khi sử dụng cần bổ sung thêm các thành phần chất thải khác. 1.1.1.2. Khả năng sản sinh biogas [3] Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbohydrat, xenlulo (trừ dầu khoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas (CH 4 , C0 2 ). Khả năng sinh khí đối với một số loại chất thải khác nhau được thống kê theo bảng 2 1.1.2. Nguyên lý của quá trình chuyển hóa. [3],[6] về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một họp chất dạng khí - khí sinh học (biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên 50%. Quá trình này được gọi là quá trình lên men kỵ khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học. Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật sẽ được các vi sinh vật kỵ khí, nấm và vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn. Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối .trong hầu hết các 8 Bảng 2: Khả năng sinh khí của một số loại chất thải Loại chất thải Khả năng sinh khí m 3 /kg phân Chât thải của bò 0,023 -0,04 Chất thải của lợn 0,04-0,059 Chât thải của gia câm 0,065-0,116 Chât thải của người 0,02 - 0,028 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternationaỉ Publisher giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của vi khuẩn kỵ khí chiếm ưu thế. Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt trực tiếp trên nắp hầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào (chất thải thô và nước). Bộ phận đầu ra bao gồm bể chứa và đường ống dẫn chất thải (bùn sau khi lên men) để sử dụng làm phân bón sinh học. Nguyên tắc thành công của quá trình vận hành hệ thống biogas là duy trì điều kiện nhiệt độ và nguồn cung cấp nguyên liệu đầu vào ổn định. Khi đó, mật độ vi khuẩn sẽ đảm bảo đủ để đáp ứng những điều kiện trên. 1.1.3. Thành phần, tính chất biogas [3],[6] Biogas là một hỗn họp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng 700°c (đối với dầu DO, khoảng 350°C; đối với xăng gas và propane khoảng 50°C). Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870°c. Thảnh phần biogas bao gồm 50-70% CH4; 35-50%C0 2 , hàm lượng hơi nước khoảng 30-160 g/m 3 ; hàm lượng H 2 S 4-6 g/m 3 . Hàm lượng khí CH4 trong biogas phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp, hàm lượng CH4 trong biogas càng cao, nhưng lưu lượng biogas sinh ra thì ngược lại. Hàm lượng CH4 sinh ra đối với từng loại chất thải điển hình được liệt kê như sau: - - - Giá trị năng lượng của 1 m 3 biogas chứa 62% CH4 khoảng 22MJ, tương ứng với năng lượng điện khoảng 6 kWh. về hệ số tỷ lượng cháy, nhu cầu không khí cho quá trình cháy khoảng 9,6 m 3 không khí/m 3 CH4 , tức khoảng 5,75 m 3 không khí/m 3 biogas. 9 1.1.4. Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học [3], [6] - Quá trình chuyển hóa các thành phần hữu cơ tạo biogas được thực hiện bởi các nhóm vsv. Các YSY 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 (hay còn gọi là điều kiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quá trình chuyển hóa sinh học. Các yếu tố hóa lý quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điều kiện dinh dưỡng, tốc độ oxy hóa khử của cơ chất, thành phần độ ẩm, thời gian lưu trong hầm. Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xét trên nhiều khía canh khác nhau được trình bày chi tiết như sau: 1.1.4.1. Nhiệt độ - Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứng sinh học, độ hòa tan của C0 2 và thành phần biogas sinh ra. Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao. - Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10°c. Tuy nhiên, điều này hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại vi khuẩn tham gia vào quá trình chuyển hóa biogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định. Ba khoảng nhiệt độ mà vi khuẩn hoạt động hiệu quả nhất là: - T < 15°C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa lạnh; - T = 15 - 45°C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình; - T = 45 - 65°C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt; - Trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ hoạt động của hai nhóm vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình (khoảng 25 - 37°C) và vi khuẩn ưa nhiệt (khoảng 55°C) là quan trọng vì quá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn 10 °c. 1 0 [...]... hm biogas 2.2.3 Phuong phỏp thu thp s liu - Thu thp v tham kho s liu thng kờ ca cỏc c quan cú liờn quan v cỏc ngun thụng tin trờn Internet - UBND xó Tri Phng, UBND huyn Tiờn Du - Chi cc thỳ y tnh Bc Ninh - S Khoa hc cụng ngh tnh Bc Ninh - Trang web UBND tnh Bc Ninh 2.3 - NI DUNG NGHIấN cu Hin trng phỏt trin chn nuụi ca xó Tri Phng, Tiờn Du, Bc Ninh - Hin trng xõy dng v s dng hm biogas ti xó Tri Phng,... biogas ti xó Tri Phng, Tiờn Du, Bc Ninh - Thun li v khú khn khi xõy dng v s dng hm biogas ca h gia ỡnh núi riờng v a phng núi chung - xut gii phỏp nhm y mnh tc xõy dng v s dng hm biogas ti a phng - 3.1 3.1.1 CHNG 3 KT QU NGHIấN cu V THO LUN TNG QUAN V X TRI PHNG, HUYN TIấN DU, TNH BC NINH iu kin t nhiờn [7],[9] V trớ a lý - Xó Tri Phng nm phớa Tõy Nam huyn Tiờn Du, tnh Bc Ninh, cú tng din tớch t nhiờn... 498-2002 - 2 cu 2.1 - - Tiờu chun ngnh 10 TCN 499-2002 CHNG I TNG, NI DUNG, PHNG PHP NGHIấN I TNG NGHIấN cu Mụ hỡnh Biogas ti xó Tri Phng, huyn Tiờn Du, tnh Bc Ninh - H thng cỏc bin phỏp kinh t, k thut, ch trng chớnh sỏch liờn quan n phỏt trin mụ hỡnh biogas ti xó Tri Phng, huyn Tiờn Du, tnh Bc Ninh 2.2 PHNG PHP NGHIấN cu 2.2.1 Phng phỏp iu tra bng cõu hi - Lp bng cõu hi theo cỏc nhúm tiờu chớ thu c kt... cụng ngh biogas ti Tri Phng D ỏn Khớ sinh hc [4] - Nm 2009, Trung tõm nc sch v v sinh mụi trng Bc Ninh ó thc hin d ỏn khớ sinh hc trong phỏt trin ngnh chn nuụi do Cc chn nuụi B Nụng nghip v phỏt trin nụng thụn lm ch u t õy l d ỏn nm trong chng trỡnh do H Lan ti tr giai on 2 Nm 2009, cựng vi vn i ng ca tnh l 287,5 triu ng, D ỏn s h tr cho 500 h xõy dng hm biogas, mi h c h tr 1.200.000 ng Nm 2009, Tri Phng... 1,2 triu ng/hm; 3 h cũn li t tỳc hon ton kinh phớ xõy dng nhng c cỏn b khuyn nụng huyn, xó t vn h tr v k thut - Yi s lng 44 hm biogas xõy dng v a vo vn hnh trong 4 nm, cha phi l kt qu tht tt so vi tim nng, tuy nhiờn so sỏnh tng quan vi cỏc a phng khỏc thỡ tc phỏt trin mụ hỡnh Biogas Tri Phng rt ỏng ghi nhn [1],[2] 3.2.3.2 Lý do ngi dõn lp t hm biogas - Theo kt qu iu tra ca 44 h ó xõy dng hm biogas, ... Hỡnh 3.1 Lý do ngũi dõn lp t hm bogas c im hm Biogas ti Trỡ Phng - Chỳng tụi cng tin hnh kho sỏt c im v cỏc thụng s k thut, cng nh chi phớ xõy dng, lp t cỏc cụng trỡnh hm biogas Tri Phng Kt qu c trỡnh by bng 9 - Bng 9: c im cỏc loi hm biogas xó Tri Phng - Kiờu hõm composite ỳc Kiờu ham xõy sn - S- S DChi phớ D Chi phớ ung xõy dng (triu ung lp t (triu l l t ng/m ) t ng/m ) ng ng in 2,5 ớch 3 ớch... nu v thp sỏng ú l 2 loi hỡnh s dng biogas ph bin nht hin nay Cú 4 h chn nuụi vi quy mụ tng i ln ó xõy dng hm biogas cú dung tớch 9m3 v lng gas thng xuyờn c duy trỡ n nh, cỏc h ny cũn cú th s dng biogas chy mỏy bm nc, qut - nhiu a phng trong c nc ó xut hin nhiu mụ hỡnh chn nuụi tp trung v thc hin trit cụng ngh biogas x lớ cht thi Nng lng biogas cho phộp ch trang tri khụng ch un nu, thp sỏng m cũn... DNG CễNG NGH BIOGAS VIT NAM 1.2.1 Lch s quỏ trỡnh hỡnh thnh v phỏt trin cụng nghip biogas [2],[4] - K thut biogas c phỏt trin ti Vit Nam t nm 1960 Sau ngy thng nht t nc (1975) cho n nm 1990, k thut ny c xem l mt trong nhng u tiờn hng u ca t nc trong chng trỡnh nghiờn cu tỡm ngun nng lng mi v nng lng tỏi to Trong khuụn kh chng trỡnh, rt nhiu nguyờn cu ó c thc hin, tp trung vo cụng ngh biogas Cỏc n... huyn trin khai k thut xõy hm xung tn b con nụng dõn, cỏn b phũng nụng nghip úng vai trũ l k thut viờn, hng dn cỏc i th xõy hm 3.2.3 Thc trng ỏp dng cụng ngh hm khớ biogas ti Tri Phng 3.2.3.1 S lng cụng trỡnh ó xõy dng v s dng - Chng trỡnh Khớ sinh hc c trin khai ti Tiờn Du ln u nm 2009, trc ú cng cú mt s gia ỡnh quan tõm n cụng ngh Biogas nhng cha bt tay vo thc hin T khi cú d ỏn, hiu c li ớch ca Biogas. .. xõy dng hm biogas - Cỏc gia ỡnh c cỏn b k thut kho sỏt, t vn v nu iu kin u c h tr kinh phớ, vi mc triu/hm - Bng : S lng hm Biogas ó c xõy dng ti xó Tri Phng Thụn 20 Tn 09 g inh 4 44 14 1,2 8 0 2 01 1 2 01 2012 2 - Cao ỡnh - 4 - 5- 4 - 0 - 13 - Lng - Giỏo - - Tng - - 5 14 - 2 1 2 - 1- 3 3 2 3 1 - 2 - 0 - 4 - 12 - 5 - 44 Nh vy l trong 4 nm 2009-2012, xó Tri Phng ó xõy dng v a vo s dng 44 hm Biogas, trong . sau: - Khảo sát tình hình phát tri n chăn nuôi của xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh - Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Tri Phương, Tiên Du, Bắc Ninh. - Thuận lợi và khó. CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đề tài: Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ Biogas tại xã Tri Phương, huyện Tiên Du, tỉnh Bắc Ninh . Ngoài sự cố gắng của bản thân, em còn nhận được. này là rất cần thiết và quan trọng. Từ thực tế đó, em đã tiến hành đề tài: Khảo sát hiện trạng xây dựng và sử dụng hầm ủ biogas tại xã Trì Phương, huyện Tiên Du, tình Bắc Ninh . 1.2. Mục tiêu