phân tích hiệu quả kinh tế môi trường của các mô hình biogas

Kinh tế môi trường là gì “Kinh tế môi trường là công cụ kinh tế được sử dụng để nghiên cứu môi trường và điều đó cũng có nghĩa là trong tính toán kinh tế phải xét đến các vấn đề môi trường”. Những điểm cần ghi nhớ khi xem xét kinh tế môi trường: – Tài nguyên không tái tạo như dầu mỏ, than đá, khí đốt có thể bị cạn kiệt.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM KHOA MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN -o0o - MÔN HỌC: KINH TẾ MƠI TRƯỜNG TÀI NGUN PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ KINH TẾ MƠI TRƯỜNG CỦA CÁC MƠ HÌNH BIOGAS XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NI HEO QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH GVHD: TS Phan Thị Giác Tâm HVTH: Nguyễn Thị Ánh Nguyệt Nguyễn Văn Tiệp Tp hồ chí minh, tháng 10, 2018 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ….1 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1Tổng quan chất thải chăn nuôi 1.1.1.Nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi 1.1.2 Khối lượng chất thải chăn nuôi 1.1.3 Thành phần chất thải chăn nuôi 1.1.3.1 Phân 1.1.3.2 Nước tiểu 1.1.3.3 Nước thải 1.1.3.4 Xác gia súc, gia cầm chết 10 1.1.3.5 Thức ăn thừa, ổ lót chuồng chất thải khác 11 1.1.3.6 Vật dụng chăn nuôi, bệnh phẩm thú y 11 1.1.3.7 Khí thải 11 1.2:ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT THẢI CHĂN NUÔI ĐẾN MÔI TRƯỜNG 12 1.2.1 Ô nhiễm kim loại nặng chất thải chăn nuôi gây 12 1.2.1.1 Nguồn kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường 12 1.2.1.2 Ô nhiễm kẽm, tác hại ô nhiễm kẽm 12 1.2.2 Vấn đề thải NH3 vào khơng khí chăn ni 13 1.2.3 Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi đến môi trường 14 1.2.3.1: Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi đến môi trường đất 15 1.2.3.2: Môi trường nước 16 1.2.3.3: Mơi trường khơng khí 16 1.3 Tình hình quản lý chất thải chăn nuôi Việt Nam 16 1.3.1 Các phương pháp xử lý chất thải 17 1.3.1.1 Phương pháp vật lý 18 1.3.1.2 Phương pháp hóa học 18 1.3.1.3 Phương pháp sinh học 18 1.3.2 Xử lý chất thải hệ thống biogas 19 1.3.2.1 nguồn gốc trình phát triển 19 1.3.2.2 Những ưu điểm việc sử dụng Biogas 20 1.3.2.3 thành phần hóa học đặc tính biogas 20 1.3.2.4 Cơ chế tạo thành khí sinh học hệ thống biogas 20 1.3.3 Vai trò biogas đời sống 21 1.3.3 Các loại hầm biogas 22 1.3.3.1 Hầm biogas nắp cố định 22 1.3.3.2 Biogas túi nilông 22 1.3.3.3 Hầm biogas phủ bạt 22 1.4 Tổng quan nghiên cứu giới Việt Nam 23 1.4.1.Trên giới : 23 1.4.2 Tại Việt nam 23 Tài liệu tham khảo: 31 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Lượng phân thải gia súc, gia cầm hàng ngày Bảng 1.2 Thành phần hóa học nước tiểu lợn có khối lượng 70 – 100 kg Bảng 1.3 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia nước thải chăn nuôi - QCVN 62 - MT:2016/BTNMT 15 Bảng 1.4 Số lượng đầu gia súc gia cầm sản lượng sản phẩm chăn nuôi nước ta năm 2009 17 Bảng 2.1 Các khí nhà kính sử dụng tính tốn phát thải theo IPCC (2006) 25 Bảng 2.2 Các thơng số sử dụng để tính tốn phát thải khí nhà kính theo IPCC (2006) 25 Bảng 2.3 Các thông số nhiệt lượng hệ số phát thải số nhiên liệu IPCC (2006 28 MỞ ĐẦU Việt Nam nước nông nghiệp với khoảng 70% số dân sống vùng nơng thơn Sản xuất nơng nghiệp đóng vai trò quan trọng kinh tế-xã hội nước ta Những năm qua, ngành chăn nuôi phát triển mạnh số lượng lẫn quy mô Tuy nhiên, việc chăn nuôi nhỏ lẻ nông hộ, thiếu quy hoạch, vùng dân cư đông đúc gây ô nhiễm môi trường ngày trầm trọng Ơ nhiễm mơi trường chăn ni gây nên chủ yếu từ nguồn chất thải rắn, chất thải lỏng, bụi, tiếng ồn, xác gia súc, gia cầm chết chôn lấp, tiêu hủy không kỹ thuật Một kết kiểm tra mức độ nhiễm khuẩn chuồng nuôi gia súc cho thấy, tổng số vi khuẩn không khí chuồng ni cao gấp 30-40 lần so với khơng khí bên ngồi Đối với sở chăn ni, chất thải gây nhiễm mơi trường có ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe người, làm giảm sức đề kháng vật nuôi, tăng tỷ lệ mắc bệnh, suất bị giảm, tăng chi phí phịng trị bệnh, hiệu kinh tế chăn nuôi không cao, Sức đề kháng gia súc, gia cầm giảm sút nguy gây nên bùng phát dịch bệnh Vì vậy, WHO (2005) khuyến cáo phải có giải pháp tăng cường việc làm mơi trường chăn ni, kiểm sốt, xử lý chất thải, giữ vững an toàn sinh học, tăng cường sức khỏe đàn giống Các chất thải chăn nuôi gây ô nhiễm môi trường vi sinh vật (các mầm bệnh truyền nhiễm) đặc biệt nguy hiểm, làm phát sinh loại dịch bệnh ỉa chảy, lở mồm long móng, tai xanh, cúm gia cầm H5N1, Theo báo cáo Cục Chăn nuôi (2010) [6], đàn vật nuôi Việt Nam năm thải khoảng 80 triệu chất thải rắn vài chục tỷ khối chất lỏng gây suy thối mơi trường Nếu lượng chất thải không xử lý phù hợp gây ô nhiễm nghiêm trọng ảnh hưởng đến sức khỏe người Do vấn đề đặt cơng tác quản lý chất thải nói chung chất thải chăn ni nói riêng cần trọng Việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi hầm biogas nói riêng cơng nghệ khí sinh học nói chung giải pháp quan trọng góp phần giải vấn đề ô nhiễm chất thải chăn nuôi gây ra, đồng thời cung cấp chất đốt giảm phát thải khí nhà kính Tuy nhiên, Ở Việt Nam tỷ lệ hộ chăn ni có cơng trình xử lý chất thải thấp: gia trại đạt 37,7%, trang trại đạt 35,7% nông hộ đạt 15% Cách thức xử lý chất thải chủ yếu ủ phân bón; số sản xuất khí sinh học (biogas) Chỉ có khoảng 5- 8,3% nơng hộ sản xuất khí sinh học từ chất thải rắn lỏng Số hộ ủ phân tươi chiếm 15,63% ủ có độn chiếm 17,87% Hiện cơng nghệ biogas nước quan tâm áp dụng để xử lý ô nhiễm môi trường chăn nuôi nói chung chăn ni heo nói riêng Vì cơng nghệ biogas than thiện với môi trường nên nhà nước hỗ trợ nhiều quốc gia giới, nhiên tốc đọ phát triể biogas chậm cịn thấp Do lợi ích mơi trường biogas nên kỹ thuật biogas cho đem lại lợi ích cho xã hội nhiều cho cá nhân sử dụng chúng Lợi ích kinh tế biogas cá nhân người sử dụng yếu tố cho phát triển kỹ thuật vùng Do cần phân tích đánh giá hiệu kinh tế - môi trường biện pháp kỹ thuật Chính lý chúng tơi thực đề tài “ phân tích hiệu kinh tế mơi trường mơ hình biogas xử lý chất thải chăn ni heo quy mơ hộ gia đình” CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan chất thải chăn nuôi 1.1.1 Nguồn phát sinh chất thải chăn nuôi Chất thải chăn nuôi tập hợp phong phú bao gồm chất tất dạng rắn, lỏng hay khí phát sinh q trình chăn ni, lưu trữ, chế biến hay sử dụng chất thải Chất thải chăn nuôi phát sinh chủ yếu từ: Chất thải thân gia súc, gia cầm phân, nước tiểu, long, vảy, da Nước thải từ trình tắm gia súc, vệ sinh chuồng hay vệ sinh dụng cụ, thiết bị chăn nuôi, nước làm mát Thức ăn thừa, thức ăn rơi vãi, vật dụng thú y bị loại trình chăn ni Khí thải từ chuồng ni, hố chứa phân, nước thải nơi chế biến thức ăn cho gia súc 1.1.2 Khối lượng chất thải chăn nuôi Khối lượng chất thải chăn nuôi tùy thuộc vào giống, độ tuổi, giai đoạn phát triển, phần thức ăn thể trọng gia súc gia cầm Riêng gia súc, lượng phân nước tiểu tăng nhanh theo trình tăng thể trọng Nếu tính trung bình theo khối thể lượng phân thải ngày vật nuôi cao, gia súc cao sản Ngoài phân nước tiểu, lượng thức ăn thừa, ổ lót, xác súc vật chết, vật dụng chăm sóc, nước tắm gia súc vệ sinh chuồng ni đóng góp đáng kể làm tăng khối lượng chất thải Đây nguồn ô nhiễm lan truyền dịch bệnh nguy hiểm, chúng cần xử lý thích hợp Lượng chất thải rắn khác tùy theo lồi vật ni phương thức chăn ni Thông thường, chăn nuôi theo phương thức quảng canh lượng phân thải gia súc gia cầm thường lớn phương thức chăn ni thâm canh, ni có chất đệm lót tạo lượng chất thải lớn nuôi sàn Bảng 1.1 Lượng phân thải gia súc, gia cầm hàng ngày Phần nguyên (kg/ngày) Nước tiểu (kg/ngày) Loại gia súc Bò 15-20 6-10 Ngựa 12-18 4-6 Heo 10kg 0.5-1 1.3-1.7 Heo 15-45 1-3 0.7-2 Heo 45-100 3-5 2-4 Nguồn: Lăng Ngọc Huỳnh 2000 [10] Theo Vũ Đình Tơn cs, 2010, heo lứa tuổi khác lượng phân thải khác Trong điều kiện sử dụng thức ăn công nghiệp với heo từ sau cai sữa đến 15 kg tiêu thụ thức ăn 0,42 kg/con/ngày lượng phân thải 0,25kg/con/ngày Lợn từ 15 đến kg tiêu thụ thức ăn 0,76 kg/con/ngày lượng phân thải 0,47 kg/con/ngày Lợn từ đến 60 kg từ 60 kg đến xuất chuồng tiêu thụ thức ăn 1,64 2,3 kg/con/ngày, lượng phân thải 0,8 1,07 kg/con/ngày Đối với lợn nái chửa kỳ I chờ phối mức tiêu thụ thức ăn 1,86 kg/con/ngày, lượng phân thải 0,80 kg/con/ngày Lợn nái chửa kỳ II lượng phân thải 0,88 kg/con/ngày Lợn nái nuôi mức ăn tiêu thụ 3,7 kg/con/ngày Như đời lợn thịt tính từi cai sữa đến xuất chuồng khoảng 110 kg, lượng thức ăn tiêu thụ 257,5 kg, lượng phân tạo 127,05 kg, lợn nái năm tiêu thụ hết 797 kg, lượng phân thải trung bình 342,22 kg Theo Lochr (1984), lượng phân thải hàng ngày 6-8% khối lượng thể lợn Hill Tollner (1982), lượng phân thải ngày đêm lợn có khối lượng 10kg 0,5 – 1kg, từ 15 – 40kg – 3kg phân, từ 45 – 100 kg – kg (Lê Thanh Hải, 1997)[11] Theo Vincent Porphyre, Nguyễn Quế Côi, 2006 [20], lợn nái ngoại thải từ 0,94 đến 1,79 kg/ngày, lợn thịt từ 0,6-1,0kg/ngày tuỳ theo mùa khác Như lượng chất thải rắn biến động lớn phụ thuộc vào mùa vụ năm 1.1.3 Thành phần chất thải chăn nuôi 1.1.3.1 Phân Phân sản phẩm loại thải q trình tiêu hố gia súc, gia cầm bị tiết qua đường tiêu hóa Chính phân gia súc sản phẩm dinh dưỡng tốt cho trồng hay loại sinh vật khác cá, giun… Do thành phần giàu chất hữu phân nên chúng dễ bị phân hủy thành sản phẩm độc, phát tán vào mơi trường gây nhiễm cho vật nuôi, cho người sinh vật khác Thành phần hoá học phân bao gồm: Các chất hữu gồm chất protein, carbonhydrate, chất béo sản phẩm trao đổi chúng - Các chất vơ bao gồm hợp chất khống (đa lượng, vi lượng) Nước: thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất, chiếm 65 – 80% khối lượng phân Do hàm lượng nước cao, giàu chất hữu phân môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển nhanh chóng phân hủy chât hữu tạo nên sản phẩm gây độc cho môi trường - Dư lượng thức ăn bổ sung cho gia súc, gồm thuốc kích thích tăng trưởng, hormone hay dư lượng kháng sinh… - Các men tiêu hóa thân gia súc, chủ yếu men tiêu hóa sau sử dụng bị hoạt tính thải ngồi… - Các mơ chất nhờn tróc từ niêm mạc đường tiêu hố - Các thành phần tạp từ mơi trường thâm nhập vào thức ăn trình chế biến thức ăn hay q trình ni dưỡng gia súc (cát, bụi,…) - Các yếu tố gây bệnh vi khuẩn hay ký sinh trùng bị nhiễm đường tiêu hoá gia súc hay thức ăn - Thành phần phân thay đổi phụ thuộc vào yếu tố sau: - Chế độ dinh dưỡng gia súc, gia cầm Thường tỷ lệ tiêu hoá thức ăn gia súc, gia cầm thấp nên phần lớn chấ t dinh dưỡng thức ăn bị thải theo phân nước tiểu Khi thay đổi phần, thành phần tính chất phân thay đổi Đây sở để ngăn ngừa ô nhiễm từ chăn nuôi thông qua việc điều chỉnh chế độ dinh dưỡng, tăng cườ ng trình tích lũy sản phẩm chăn ni, giảm tiết qua phân (Trương Thanh Cảnh, 1998) - Loài giai đoạn phát triển gia súc gia cầm Tùy thuộc vào giai đoạn phát triển gia súc, gia cầm mà nhu cầu dinh dưỡng hấp thu thức ăn có khác Gia súc lớn hệ số tiêu hoá thấp lượng thức ăn bị thải phân lớn Vì thành phần khối lượng phân khác giai đoạn phát triển gia súc, gia cầm Trong thời kỳ tăng trưởng, nhu cầu dinh dưỡng vật ni lớn khả đồng hố thức ăn vật cao nên khối lượng chất bị thải ngồi ngược lại, gia súc trưởng thành nhu cầu dinh dưỡng giảm, khả đồng hoá thức ăn vật thấp nên chất thải sinh nhiều hơn, đặc biệt gia súc sinh sản, gia súc lấy sữa hay lấy thịt Trong hệ thống chuồng trại, phân gia súc, gia cầm nói chung thường tồn dạng phân lỏng hay trung gian lỏng rắn hay tương đối rắn Chúng chứa chất dinh dưỡng, đặc biệt hợp chất giàu nito phospho, nguồn cung cấp thức ăn phong phú cho trồng làm tăng độ màu mỡ đất Vì vậy, thực tế thường dùng phân để bón cho trồng, vừa tận dụng nguồn dinh dưỡng, vừa làm giảm lượng chất thải phát tán môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Theo nghiên cứu Trương Thanh Cảnh (1997, 1998)[18], hàm lượng N tổng số phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32g/kg phân Đây nguồn dinh Phân loại phương pháp xử lý sinh học: Q trình hiếu khí, q trình kỵ khí, lọc sinh học, hồ sinh học, trình kết hợp 1.3.2 Xử lý chất thải hệ thống biogas 1.3.2.1 Nguồn gốc trình phát triển Vào năm thập kỷ 60 Việt Nam biết đến Biogas thông qua thơng tin sử dụng khí sinh học Trung Quốc Năm 1960 nhà xuất Nông nghiệp xuất tài liệu “Cách sinh mêtan nhân tạo lấy mêtan thiên nhiên” Tuy nhiên giai đoạn biogas chưa phát triển mạnh Vào năm 1977-1978 biogas xây dựng thử nghiệm Hà Bắc Bắc Thái, có dạng nắp nổ i tôn, bể phân huỷ xây gạch cổ bể có gio ăng nước để giữ kín khí nắp chứa khí Tuy nhiên nhữ ng cơng trình phải bỏ dở Tới cuối năm 1979 cơng trình Sao đỏ (Mộc Châu, Sơn La) tích phân huỷ Vd = 27m3 hồn thành hoạt động tốt Tháng 12/1979 UBKHKT nhà nước tổ chức “Hội nghị chuyên đề bể khí sinh học” Hà Nội để sơ kết thiết kế, xây dựng vận hành thí điểm bể khí sinh học Trong hai kế hoạch năm năm 1981-1985, 1986-1990 cơng nghệ khí sinh học (Biogas) trở thành lĩnh vực ưu tiên nghiên cứu lượng (mã số 52C) Tới năm 1990 tồn quốc có cơng trình biogas xây dựng, song phát triển mạnh tỉnh phía nam Đứng đầu TP Hồ Chí Minh 700 cơng trình, tỉnh Đồng Nai 468 cơng trình, tỉnh Hậu Giang 240 cơng trình, tỉnh Hà Bắc 50 cơng trình, tỉnh Lai Châu 40 cơng trình, tỉnh Quảng Ngãi 43 cơng trình tính chung tồn quốc thời kỳ có 2000 cơng trình biogas Đa số cơng trình hoạt động tốt, cơng trình phân huỷ từ – 200m3, phần lớn cơng trình cỡ gia đình với thể tích bể phân huỷ từ – 10 m3 Lĩnh vực nghiên cứu phát triển biogas thu hút nhiều tổ chức nước giúp đỡ hợp tác Viện sinh lý Sinh hoá vi sinh vật Liên xô cũ, tổ chức OXFAM Anh, UNICEF liên hợp quốc, ACCT nước sử dụng tiếng pháp, tổ chức SIDA Thuỵ Điển, Từ năm 1993 đến 2003 công nghệ phát triển mạnh mẽ với nhiều kiểu Biogas msới Thiết bị dạng túi dẻo P.E theo mẫu Colombia phát triển nhờ dự án SARECS2-VIE22 Viện chăn nuôi, hội làm vườn (VACVINA), cục khuyến nông khuyến lâm, 19 Đại học nông lâm TP.HCM triển khai Thời gian khơng có tổ chức đầu mối quốc gia nên tình tr ạng phát triển khí sinh học đa dạng Đến tháng 3/2002 Bộ NN&PTNT ban hành tiêu chuẩn ngành Cơng trình khí sinh học nhỏ Tính tới ước tính lượng cơng trình biogas hoạt động tồn quốc vào khoảng 30.000 cơng trình, 20.000 túi nilon Tỉnh dẫn đầu số lượng túi Tiền Giang 5000 túi, huyện Gò Công Tây Nguyên 2.000 túi Chợ gạo 1.000 túi Về lo ại thiết bị nắ p cố dịnh dẫn đầu tỉnh Hà Tây 7.000 cơng trình, tập trung huyện Đan Phượng Từ 2003 đến cơng trình biogas phát triển mạnh ước tính có 90.000 cơng trình Dự án khí sinh học (biogas) tồn cầu giai đoạn 2007-2010, mục tiêu triển khai 50 tỉnh, thành phố với quy mơ 140.000 cơng trình 1.3.2.2 Những ưu điểm việc sử dụng Biogas Việc xây dựng hầm ủ sinh học đưa vào sử dụng đơn giản rẻ tiền gia đình nơng thơn tự làm hầm ủ tạo hầm biogas dựa vẽ thiết kế đơn giản dễ hiểu Diện tích xây dựng hầm ủ khơng lớn, làm chìm đất Về hiệu kinh tế năm sử dụng khí đốt bogas, gia đình nơng thơn ta có thê tiết kiệm từ 1- triệu đồng Mơ hình đặc biệt phù hợp vớ trang trại chăn nuôi, mô hình VAC… 1.3.2.3 thành phần hóa học đặc tính biogas Biogas chứa chủ yếu CH4 (50-70%), CO2 (25-50%), N2 (0-5%)….trong CH4 mệnh danh nhiên liệu sạchcó trị nhiệt cao Một m3 CH4 đốt cháy tỏa nhiệt lượng tương đương 1.3kg than đá; 1.15l xăng; 1.17l cồn; 9.7KW điện (Dương Nguyên Khang 2008) [7] 1.3.2.4 Cơ chế tạo thành khí sinh học hệ thống biogas Sự tạo thành khí sinh học trình lên men phức tạp xảy qua nhiều phản ứng, cuối tạo CH4, CO2 số chất khác Quá trình thực nguyên tắc phân hủy kỵ khí, tác động vi sinh vật yếm khí để phân hủy chất hữu từ phức tạp chuyển thành đơn giản chất khí chất khác 20 Sự phân hủy kỵ khí diễn qua nhiều giai đoạn tạo hang ngàn sản phẩm trung gian nhờ hoat động nhiều chủng loại vi sinh vật đa dạng Đó phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành axit amin, glýceryl, chất độc hại, sản phẩm bốc mùi Ngồi cịn có liên kết cao phân tử mà khơng phân hủy vi khuẩn yếm khí lignin 1.3.3 Vai trò biogas đời sống Cung cấp lượng Khí đốt sinh học đời tạo nguồn chất đốt mới, phục vụ nhu cầu nấu nướng, thắng sáng vừa sẽ, vừa tiết kiệm thời gian Người ta thường dung điện tiêu thụ từ 40-80l biogas/h cho ánh sáng bóng đèn điện 25 W Cung cấp phân hữu cho trồng trọt Phân động vật loại xanh sau phân hủy để sản xuất biogas trở thành loại phân hữu giàu dinh dưỡng Các nguyên tố N,P,k nguyên liệu sau phân hủy không bị tổn thất mà chuyển hóa sang dạng phân mà trồng dễ hấp thụ Cung cấp thức ăn cho thủy sản Khi bã thải đưa vào ao, chất dinh dưỡng kích thích phát triển thực vật phù du (tảo) lẫn động vật phù du nguồn thức ăn cho cá Góp phần giảm nhiễm mơi trường Phân người động vật đưa vào hầm ủ để xử lýsy làm giảm mùi hôi thối, ruồi nhặng nên hạn chế số bệnh truyền nhiễm hệ thống biogas sử dụng tốt chất thải gia súc, làm giảm đáng kể mầm bệnh, số lượng vi sinh vật chất thải chăn ni Góp phần giảm phát thải khí nhà kính Chất thải hữu điều kiện tự nhiên bị phân hủy kỵ khí tạo nên metan phát tán vào khí khí metan khí gây hiệu ứng nhà kính lớn khí cacbonic Một metan tương đương 21 khí cacbonic hiệu ứng nhà kính Nếu chất thải hữu phân hủy kỵ khí hầm ủ metan thu lại làm nhiên liệu Khi bị đót cháy metan bị chuyển hóa thành cacbonic nhiệt lượng Một meetan chuyển hóa thành 2,7 cacbonic Như tác dụng hiệu ứng nhà kính giảm nhiều ngồi sử dụng khí 21 sinh học thay cho củi bảo vệ rừng giúp hấp thụ cacbonic, chống xói mịn, bảo vệ đất…(Bộ Nơng Nghiệp Phát triển nông thôn, 2004) 1.3.3 Các loại hầm biogas 1.3.3.1 Hầm biogas nắp cố định Loại hầm phát triển Trung Quốc, phận chứa khí bể phân hủy gắn với thành bể kín Khí sinh tích lại phía tạo áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy, đẩy phần dịch phân hủy lên bể điều áp nối với lối Giữa bề mặt dịch phân hủy bề mặt thống ngồi khơng khí có độ chênh lệch định, thể áp suất khí bể biogas Khí tích lại nhiều độ chênh lệch lớn Khi lấy khí sử dụng dịch phân hủy từ bể điều áp lại chảy vào bể phân hủy đẩy khí lên, áp suất khí giảm dần tới khơng Dựa vào dạng hình học bể phân hủy chia thiết bị nắp cố định thành loại khác sau: Loại hình hộp Loại hình trụ Loại hình cầu 1.3.3.2 Biogas túi nilơng Loại thiết bị túi chất dẻo phát triển Đài loan chế tạo chất dẻo bùn đỏ (Red Mud Plastic –RMP) năm 1974 Có thể coi biến th ể loại nắp cố định Bể phân hủy túi chất dẻo cao su Phần b ể phân hủy, phần nơi chứa khí Loại phát triển mạnh Việt Nam tỉnh phía Nam + Ưu điểm Có thể sản xuất hàng loạt nên dễ tiêu chuẩn hóa Giá thành hạ nên đầu tư ban đầu thấp Kỹ thuật nắp đặt đơn giản nhanh chóng - Dễ dàng nắp đặt điều kiện địa hình khác + Nhược điểm Tốn diện tích mặt Thời gian sử dụng ngắn, dễ hư hỏng (thủng chuột, dế cắn…) Độ an toàn thấp dẫn đến nguy hỏa hoạn ngạt gas Nếu xây kè thành hố đổ đan đậy giá thành không thấp với thiết bị nắp cố định Khó lấy bỏ váng lắng cặn sau khoảng năm (tùy công suất sử dụng) bể đầy phải thay túi Bảo ôn kém, đặc biệt với mùa đơng cơng trình hoạt động hiệu Áp suất thấp nên sử dụng khí hiệu suất thấp, khơng dẫn khí xa 1.3.3.3 Hầm biogas phủ bạt Đây công nghệ đưa vào Việt Nam vài năm vừa qua Loại bạt sử dụng xây dựng loại hầm HDPE (High Density Polýethinel) Ưu điểm loại hầm này: 22 - Có dung tích lớn tùy ý, lên tới hàng nghìn m3 Chính áp dụng cho trang trại chăn ni lớn - Giá thành rẻ tính cho đơn vị dung tích Nhược điểm: - Kém bền so với loại hầm xây gạch - Dễ chịu ảnh hưởng nhiệt độ bên Dễ bị hỏng (thủng) có yếu tố tác động Hiện loại hầm phát triển miền Việt Nam đặc biệt vùng có chăn ni quy mơ lớn Có hầm biogas loại tích lên đến 8000 m3 Thời gian sử dụng loại hầm tới 10 năm 1.4 Tổng quan nghiên cứu giới Việt Nam 1.4.1.Trên giới : Theo Chedsada Mingchai and Podjanee Sangmane (2012), tiến trình định chấp nhận công nghệ Biogas tỉnh Uttaradie, Thái Lan cho kết nghiên cứu sau: người dân nhận thức công nghệ Biogas tốt sử dụng công nghệ gas hóa lỏng khía cạnh lợi vượt trội, khả tương thích tính dễ sử dụng, khả thử nghiệm khả quan sát cảm nhận Đây sở quan trọng minh chứng cho khả cân tốt cơng nghệ tốt, đóng góp cho phát triển kinh tế giảm ô nhiễm môi trường công nghệ sản xuất Biogas từ phân[5] 1.4.2 Tại Việt nam Nghiên cứu Trần Tuấn Anh, Phạm Thị Mỹ Hạnh làng bún ô sa, tỉnh thừa thiên huế kết luận: Việc xử lý chất thải chăn nuôi hầm biogas giúp giảm lượng phát thải khí nhà kính 19,904 tCO2/hộ/năm.Nếu nhân rộng 120 hộ ni lợn giảm 2388,48 tCO-e/năm Hiệu kinh tế loại hầm biogas khác nhau, hầm biogas xi măng tiết kiệm 2275000đồng/hộ/năm, thời gian hoàn vốn năm, lợi ích phát sinh thêm sau hoàn vốn 28216000 đồng Đối với composite đơn giúp tiết kiệm 2563000/hộ/năm thời gian hoàn vốn 4,8 năm, lợi ích phát sinh thêm sau hồn vốn 38963000 đồng Hầm composite đôi năm tiết kiệm 2516000 đồng/hộ, hồn vốn năm lợi ích phát sinh sau hoàn vốn 37740000 [17] Nghiên cứu Nguyễn Thị Hồng, Phạm Khắc Liệu với đề tài” Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn hầm biogas quy mơ hộ gia đình Thừa Thiên Huế” hầm biogas khảo sát Thừa Thiên Huế có khă xử lý tốt chất hữu ( trung bình COD giảm 84,7%, BOD5 giảm 76,3%) chất rắng lơ lửng( trung bình SS giảm 86,1%, VSS giảm 85,4%) vi sinh vật gây bệnh giảm 51,2% Đối với chất dinh dưỡng (N,P), hầm biogas xử lý giảm phần ( trung bình TKN giảm 11,8% , T-P giảm 7,0%)[15] Với quy mơ chăn ni trung bình 45con/hộ, lượng thức ăn trung bình 2,5kg/con/ngày.Hàm lượng chất rắn dễ bay VS đạt 0,325 kgVs/con/ngày Ngô Kim Chi cộng nghiên cứu” Giảm chất thải khí mê tan thay đổi phương thức quản lý 23 phân xử lý dịch thải sau Biogas” kết luận Lượng khí sinh học đo nơng hộ biogas cải tiến 6,67m3/ngày Trong 64,5% lượng khí sinh học sử dụng thay điện năng, 21,5% lượng khí sinh học thay sử dụng LPG 4,62% lượng khí sinh học sử dựng hàng ngày thay cho than đá[13] Trên nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực Biogas giới Việt Nam Mỗi đề tài nghiên cứu thực địa điểm khác nhau,với không gian thời gian khác hướng chung đến việc ứng dụng công nghệ Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường Với đề tài muốn hướng tới việc sâu đánh giá hiệu kinh tế công nghệ Biogas nhằm giúp cho việc ứng dụng công nghệ vào đời sống thiết thực đông đaỏ người tham gia CHƯƠNG II: HIỆU QUẢ KINH TẾ MÔI TRƯỜNG CỦA MƠ HÌNH BIOGAS 2.1 Phương pháp tính tốn thời gian hoàn vốn giản đơn Đây phương pháp đánh giá nhanh sử dụng để thẩm định đầu tư có chi phí thấp hay trung bình mà khơng phải dùng đến phương pháp đánh giá chi tiết Thời gian hoàn vốn thời gian cần thiết để dịng tiền tương lai dự tính hồn lại dòng tiền đầu tư ban đầu Nếu dịng tiền tương lai ước tính cố định thời gian hồn vốn giản đơn tính theo cơng thức (1) Chi phí đầu tư ban đầu Thời gian hồn vốn (năm) = (1) Dịng tiền rịng năm Nếu dòng tiền tương lai năm ước tính khơng sử dụng phương pháp cộng dồn chia trung bình Thời gian hồn vốn gọi thời gian hoàn vốn giản đơn khơng tính đến chiết khấu dịng tiền tương lai Các đầu tư có thời gian từ năm trở xuống xem có tính khả thi cao Thời gian hồn vốn ngắn giải pháp đầu tư xem xét khả thi Trong nghiên cứu này, phương pháp thời gian hoàn vốn giản đơn sử dụng nhằm phân tích đánh giá hiệu kinh tế hầm biogas mang lại so sánh hiệu kinh tế loại hầm để người dân có chọn lựa đắn 2.2 Phương pháp tính tốn mức giảm phát thải khí nhà kính hầm biogas Hiệu giảm phát thải khí nhà kính sử dụng hầm biogas thực cách tính tốn hiệu số lượng phát thải khí nhà kính trước sau hộ gia đình sử dụng cơng trình khí sinh học Theo hướng dẫn Ủy Ban Liên Chính phủ BĐKH (IPCC, 2006) [20], số khí nhà kính lựa chọn để tính tốn loại phát 24 thải từ hố phân, từ trình đốt nhiên liệu từ rị rỉ khí sinh học (xem chi tiết khí nhà kính lựa chọn bảng 1) Ngồi ra, thơng số sử dụng cho tính tốn lượng phát thải khí nhà kính tham khảo IPCC (2006) (xem chi tiết thông số bảng 2) [21] Bảng 2.1 Các khí nhà kính sử dụng tính tốn phát thải theo IPCC (2006) Nguồn phát thải Khí nhà kính sử dụng để tính toán CH4 Phát thải từ hố phân N2O Trước có hầm biogas (A) CO2 Phát thải từ chất đốt CH4 CH4 Rị rỉ khí sinh học Sau sử dụng hầm biogas CO2 (B) Phát thải từ chất đốt CH4 Bảng 2.2 Các thông số sử dụng để tính tốn phát thải khí nhà kính theo IPCC (2006) Nhiệt VS (kg chất Bo MCFi MS EFCH4 (kg/ EFNO2 (kg/ (m3/kg độ (oC) khô/con/ngày) ) (%) (%) con/năm) con/năm) 25 0,30 0,29 65 100 13,83 0.005 Nex (kg/ con/năm) 16 Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính trước sử dụng hầm biogas Quy trình tính tốn thực theo bước cụ thể sau: Bước 1: Tính tốn lượng phát thải CH4 từ ủ phân hộ gia đình theo cơng thức (2) BECH4= GWPCH4 x LN1 x EFCH4 x Trong đó: 25 𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎 (2) BECH4 : Lượng phát thải CH4 từ hầm chứa phân (tCO2e/năm: CO2 tương đương/năm); 26 GWPCH4 : Tiềm gây hiệu ứng nhà kính CH4 khí so với CO2 (25); LN1 : Số lợn trung bình trước có hầm biogas (con/năm) EFCH4 kg/con/năm; : Hệ số phát thải CH4 từ chất thải chăn nuôi lợn, đơn vị Bước 2: Tính tốn lượng phát thải N2O ủ phân theo công thức (3) BEN20 = LN1 x Nex x MS x EFN20 x GWPN20 x 𝟒𝟒 𝟐𝟖 𝟏 x 𝟏𝟎𝟎𝟎 (3) Trong đó: BEN20 : Tải lượng N2O phát thải ủ phân (tCO2e/năm); LN1 : Số lợn trung bình trước có hầm biogas (con/năm); Nex : Lượng phát thải N (kg/con/năm); EFN2O kg/con/năm); : Hệ số phát thải N2O từ chất thải chăn nuôi lợn (0,005 GWPN2O : Tiềm gây hiệu ứng nhà kính N2O so với CO2 (298); 44/28 : Hệ số chuyển đổi phát thải từ N sang N2O Bước Tính tốn lượng CO2 CH4 phát thải từ chất đốt hộ gia đình theo cơng thức (4) (5) với nhiệt lượng hệ số phát thải số nhiên liệu chất đốt trình bày bảng BCO2 =∑(BGj x NCVj x EFCO2j x 𝟏 𝟏𝟎𝟔 BCH4 = Σ(BGj x NCVj x EF CH4j ) x (4) 𝟏 𝟏𝟎𝟔 (5) Trong đó: BCO2, BCH4 : Lượng CO2 CH4 phát thải từ đốt nhiên liệu (tCO2e/ năm); BGj : Khối lượng nhiên liệu j tiêu thụ hàng năm hộ gia đình trước có hầm biogas (kg/năm); 27 NCVj : Nhiệt lượng nhiên liệu j (MJ/kg); EFCO2j : Hệ số phát thải CO2 nhiên liệu j (tCO2e/ TJ); EFCH4j : Hệ số phát thải CH4 nhiên liệu j (tCO2e/ TJ) Bảng 2.3 Các thông số nhiệt lượng hệ số phát thải số nhiên liệu IPCC (2006) Hệ số phát thải ( tCO2e/ TJ) Loại nhiên liệu Than đá Củi Khí đốt (gas) Nhiệt lượng (MJ/kg) CO2 94,6 112 63,1 25,8 30,5 47,3 CH4 0,1 0,3 0,001 Bước Tính tốn tổng lượng phát thải khí nhà kính trước sử dụng hầm biogas theo cơng thức (6) với BEi tổng lượng phát thải khí nhà kính hộ gia đình trước sử dụng hầm 28 biogas (tCO2e/ hộ/ năm) BEi = BECH4+BEN20+BCO2+BCH4 ( 6) Tính tốn lượng phát thải khí nhà kính sau sử dụng hầm biogas Quy trình tính tốn lượng phát thải khí nhà kính sử dụng hầm biogas bao gồm bước sau: Bước Tính tốn lượng CH4 phát thải rò rỉ từ hầm biogas theo công thức (7) PECH4 = LFCH4 x (GWPCH4 x Bo x DCH4 x VS x 365 x LN2) x 𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎 (7) Trong đó: PECH4 : Lượng phát thải khí CH4 rị rỉ từ hầm biogas (tCO2e/ năm); LFCH4 : Hệ số rò rỉ CH4 từ hầm kị khí (LFCH4 = 0,1); : Lượng chất thải rắn dễ bay chất thải chăn nuôi lợn (kg chất khơ/con/ngày); : Số lợn trung bình hộ gia đình có cơng trình khí sinh học (con/ năm) Bước Tính tốn lượng phát thải CO2 CH4 từ chất đốt hộ gia đình theo cơng thức (8) Lượng phát thải CO2 CH4 từ chất đốt tính tốn tương tự trường hơp chưa có hầm biogas (công thức (4) (5)) Đối với nhiên liệu chất đốt khí biogas, lượng phát thải khí nhà kính tính tốn theo cơng thức (8) PEbiogas = H x Bo x DCO2 x VS x 365 x LN2 x Trong đó: 29 1000 PEbiogas: Tải lượng CO2 đốt biogas, đơn vị tCO2e/ năm; Bo: Thể tích CH4 phát sinh tối đa từ phân lợn xử lý hầm biogas (m3/kg); DCO2: Khối lượng riêng CO2 (DCO2 = 1,798kg/m3 điều kiện bình thường); H: Hiệu suất sinh khí CH4 (H =0,9) Bước Tính tốn tổng lượng khí nhà kính phát thải sau sử dụng hầm biogas theo công thức (9) PEi = PE CH4 + PCO2 + PCH4 (9) Trong PEi: Tổng lượng phát thải khí nhà kính sau sử dụng hầm biogas (tCO2e/hộ/ năm); PCO2, PCH4 : Lượng phát thải khí CO2 CH4 từ chất đốt hộ gia đình (tCO2e/hộ/ năm) KẾT LUẬN 30 Tài liệu tham khảo: Bùi Hữu Đoàn, Nguyễn Xuân Trạch, Vũ Đình Tơn 2010 Quản lý chất thải chăn ni NXB Nơng nghiệp Bùi Hữu Đồn.2010 Viện chăn ni tạp chí khoa học cơng nghệ chăn ni, số 23-04-2010 Bùi Xuân An 2008 Bài học phát triển Biogas tỉnh phía nam, giải pháp cho việc phát triển bền vững Hội thảo “Khai thác nguồn lượng cho Thành phố Hồ Chí Minh” Sở khoa học cơng nghệ mơi trường Thành Phố Hồ Chí Minh Canh T.T,M.W.Averstegen, AJA Aanink and J.W Schrama (1997) Infuencing factors on nitrogen partitioning and compositions of urine and feces of ping, American Journal of Animal Science 75.700-706 Chedsada Mingchai and Podjanee Sangmane 2012 Decision Process for Adoption of Biogas Technology for the Sustainable Development in Uttaradit Province , Thailand World Applied Sciences Journal 19: Tr 669-703 Cục Chăn nuôi – Bộ Nông nghiệp PTNT, 2011 Công nghệ khí sinh học quy mơ hộ gia đình Văn phịng dự án khí sinh học Trung ương – Cục chăn nuôi, Hà Nội Dương Nguyên Khang, 2008 Hiện trạng xu hướng phát triển công nghệ biogas Việt nam Hội nghị khoa học Chăn nuôi- Thú y Đại học nơng lâm thành phố Hồ Chí Minh IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, 2006 Stationary combustion, chap 2, pp 35-57 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, 2006 Emission from livestock and manure management, chap 10, pp 41-54 10 Lăng ngọc Huỳnh Giáo trình vệ sinh môi trường chăn nuôi Đại học Cần Thơ 11 Lê Thanh Hải, 1997 Những vấn đề kỹ thuật quản lý sản xuất heo hướng nạc NXB Nông nghiệp 12 Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh 2000 Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, trồng NXB Nông nghiệp 13 Ngô Kim Chi cộng sự: 2012 Giảm chất thải khí mê tan thay đổi phương thức quản lý phân xử lý dịch thải sau Biogas Tạp chí khoa học cơng nghệ 50,2012, Tr 91-98 31 14 Ngô Kế Sương Nguyễn Lân Dũng, 1997 Sản xuất khí đốt (biogas) kỹ thuật lên men kỵ khí NXB Nơng nghiệp 15 Nguyễn Thị Hồng, Phạm Khắc Liệu Đánh giá hiệu xử lý nước thải chăn nuôi lợn hầm biogas quy mơ hộ gia đình Thừa Thiên Huế.Tạp chí khoa học đại học Huế,tập 73,số 4,năm 2012 Tr 83-91 16 The “Biogas Technology in China” 1989 Chengdu Biogas Research Institute – Agricultural Publishing House 17 Trần Anh Tuấn, Phạm Thị Mỹ Hạnh Hiệu kinh tế môi trường cơng trình khí sinh học xử lý chất thải chăn nuôi làng bún osa , Tỉnh Thừa Thiên Huế, Báo cáo khoa học hội nghị quốc gia quốc tế đăng toàn văn kỷ yếu ,2016, Tr 139-151 18 Trương Cảnh Trương Đình Xn Vinh,1998 Tình hình nhiễm ngành chăn ni giải pháp hạn chế ô nhiễm môi trường nâng cao hiệu sử dụng phân bón Tạp chí khoa học môi trường Đồng Nai 19 Trương Thanh Cảnh, 2010 Kiểm sốt nhiễm mơi trường sử dụng kinh tế chất thải chăn nuôi NXB KHKT 20 Vincent Prophyre, Cirad, Nguyễn Quế Côi, NIAH, 2006 Thâm canh chăn nuôi lợn, quản lý chất thải bảo vệ mơ trường, NXB Prise 21 Vũ Đình Tơn, Lại Thị Cúc, Nguyễn Văn Duy, Đặng Vũ Bình 2006 Chất lượng nước trang trại nuôi lợn vùng đồng sơng Hồng Tạp chí Khoa học phát triển Tập VI, số 3, Tr.297 – 283 MA TRẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Mục lục [1] [2] [3] [4] 1.1 1.2 X X X 1.3 1.4 [9] [10] [11] [12] [13] 2.2 TR 700706 [5] [6] [7] [8] 2.1 TR 669703 X X X Tr 35-57 Tr 41-54 x x X TR 91-98 32 [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] x TR 83-91 X TR139-151 X x x TR 283297 33 ... triển kỹ thuật vùng Do cần phân tích đánh giá hiệu kinh tế - môi trường biện pháp kỹ thuật Chính lý chúng tơi thực đề tài “ phân tích hiệu kinh tế mơi trường mơ hình biogas xử lý chất thải chăn... ô nhiễm môi trường/ ô nhiễm môi trường nghiêm trọng (Báo cáo số 159/BC-TNMT-MT ngày 07/9/2016 Sở Tài nguyên môi trường Thừa Thiên Huế) Tóm lại, chăn ni phát triển tạo rủi ro cho môi trường sinh... đến môi trường 14 1.2.3.1: Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi đến môi trường đất 15 1.2.3.2: Môi trường nước 16 1.2.3.3: Mơi trường khơng khí 16 1.3 Tình hình