2.3.1. Thu hồi biogas từ nước thải thủy sản
Khái niệm biogas: biogas là sản phẩm trung gian của quá trình phân hủy yếm khí của các chất hữu cơ đã được xem như là nguồn năng lượng khai thác (Lê Minh Thành, 2009).
Hiện nay trên toàn thế giới đang kêu gọi tất cả mọi chúng ta hãy khai thác và sử dụng những nguồn năng lượng xanh, năng lượng sạch và nguồn năng lượng tái tạo. Việc tận dụng nguồn năng lượng tái tạo trong giai đoạn hiện nay là điều hết sức cần thiết và cấp bách, giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường, phát thải khí nhà kính. Trong đó việc thu hồi khí biogas từ nước thải là việc cần nên triển khai thực hiện.
Xử lý nước thải thuỷ sản thu hồi biogas theo cơ chế phát triển sạch CDM sẽ được triển khai trong các nhà máy chế biến thủy sản trên địa bàn tỉnh An Giang, giúp các nhà máy chế biến thủy sản giảm bớt chi phí tiêu hao năng lượng mà vẫn đảm bảo nước thải đạt tiêu chuẩn cho phép, góp phần hạ giá thành sản phẩm, nhà đầu tư có lợi nhuận khi bán khí biogas.
Hiện nay, Xí nghiệp chế biến thủy sản Thuận An I đang triển khai thực hiện dự án xây dựng và lắp đặt toàn bộ các hệ thống thiết bị xử lý nước thải chế biến thủy sản, để sản xuất điện và khí mêtan (CH4). Đồng thời, cung cấp các dịch vụ mua bán khí đốt biogas hoặc điện với giá cả hợp lý theo từng thời
điểm. Đặc biệt, từ việc ứng dụng công nghệ này, Xí nghiệp có thể tăng thêm lợi nhuận từ việc bán chứng chỉ giảm phát thải CERs (gây hiệu ứng nhà kính) theo cơ chế phát triển sạch cho Tập đoàn Điện lực quốc gia Đức, (hoài nam hoài bắc, 2010 - 2030).
Các công nghệ xử lý nước thải trên địa bàn An giang hiện nay chủ yếu tập trung xử lý cuối đường ống, đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành rất lớn, nhưng lợi ích đem lại không nhiều. Đồng thời, chưa tận dụng nguồn năng lượng và nguồn khí biogas (xả vào bầu không khí làm ô nhiễm môi trường và là tác nhân gây hiệu ứng nhà kính - hiện tượng ấm dần lên của trái đất) để phục vụ
sản xuất. Theo tính toán của các nhà máy chế biến thủy sản, cứ 1 tấn cá thành phẩm thì có 10-15m3 nước thải, thời gian xả thải khoảng 8 - 12 giờ/ngày. Nước thải phát sinh chủ yếu từ 3 nguồn: Sản xuất, vệ sinh công nghiệp và sinh hoạt. Dựa vào các tính chất này, công ty đã đưa ra sơđồ công nghệ xử lý bằng phương pháp tốc độ cao kết hợp thu hồi biogas. Áp dụng giải pháp này Xí nghiệp không phải tốn kém chi phí đầu tư, mà còn tận dụng nguồn năng lượng
và thu hồi triệt để nguồn khí biogas phục vụ sản xuất, tạo lợi nhuận cho doanh nghiệp từ cơ chế bán chứng chỉ giảm phát thải, không gây ô nhiễm môi trường và xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn. Với sự cộng tác của Công ty Intraco (tư vấn về CDM) và Tập đoàn Điện lực quốc gia Đức, Sở TNMT An Giang đã phê duyệt cho công ty Hoài Nam Hoài Bắc đầu tư thực hiện dự án xử lý nước thải cho 26 công ty chế biến thủy sản và chế biến thức ăn thủy sản trên địa bàn tỉnh, (Huỳnh Thế Năng, 12/2010).
Xứ lý nước thải theo cơ chế thu hồi khí biogas, nước thải sẽđược lên men nhờ sự tác động của các loại vi sinh vật kỵ khí, làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải, đồng thời sinh ra khí biogas phục vụ lại cho sản xuất.
Các hệ thống yếm khí ứng dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện không có oxy. Quá trình này diễn ra rất phức tạp liên quan
đến nhiều phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau:
Lên men Yếm khí
Chất hữu cơ CH4 + CO2 + NH3 + H2S + H2O
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần biogas sau quá trình xử lý nước thải như sau:
Bảng 2.1.Thành phần của khí biogas
Methane (CH4) 61,65 %
Cacbon dioxide (CO2) 36,45 %
Nitrogen (N2) 0,3 %
Hydrogen (H2) 0,1 %
Hydrogen Sulphide (H2S) 0,1 %
Đihydro oxit (H2O) 1,4%
(Nguồn: Hoài Nam Hoài Bắc, 2010)
Methane có nhiệt trị cao (gần 9.000 kcal/m3. Do đó, nhiệt trị của biogas khoảng 4.500 ÷ 6.500 kcal/m3.
Quá trình phân hủy yếm khí được chia thành 3 giai đoạn chính: Phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử, tạo nên các axit, tạo methane.
Các chất hữu cơ
cao phân tử Acid hữu cơ
H2
Acid acetic
Methane
Giai đoạn III: Sinh CH4
Giai đoạn II: Tạo acid acetic, H2
Giai đoạn I: Thủy phân và lên men
Hình 2.1.Các giai đoạn phân hủy yếm khí biogas
2.3.2. Từ chất thải của các ngành khác
Biogas thường được dùng để chỉ khí sinh học được sản xuất từ sự phân hủy kỵ khí hay lên men của chất hữu cơ bao gồm chất thải gia súc, rác thành phố, các chất thải phân rã sinh học khác trong điều kiện thiếu không khí. Biogas cơ
bản chứa methane và khí carbonic.
Biogas chứa methane là chất khí có giá trị dùng để sản sinh năng lượng trên ô tô hay nhà máy điện. Nó cũng có thểđược sử dụng trực tiếp đểđun nấu, sấy, sưởi, thắp sáng hay làm lạnh bằng máy lạnh hấp thụ.
Thành phần khí biogas thay đổi theo nguồn gốc của quá trình phân hủy kỵ
khí. Biogas từ bãi chôn lấp rác có thành phần methane khoảng 50%. Với công nghệ xử lý rác hiện đại, thành phần biogas có thểđạt 55-75%CH4.
Công nghệ biến nước thải thành năng lượng sinh học đã và đang được triển khai nhiều tại Việt Nam. Mô hình này đã được tỉnh Tây Ninh áp dụng thành công với việc xây dựng nhà máy tạo biogas - một dạng năng lượng sinh học, từ xử lý nước thải trong quá trình chế biến tinh bột khoai mì. Các nhà máy này sẽ xử lý bình quân 3.000m3 nước thải mỗi ngày để tạo ra 10.000 - 12.000 m3 khí biogas/ngày. Khí biogas sản xuất ra có thể dùng để thay thế dầu đốt cho nhà máy chế biến tinh bột khoai mì. Ngoài ra, lượng khí biogas dư sẽ được chuyển thành năng lượng điện sử dụng cho việc vận hành toàn bộ nhà máy khí sinh học sau khi xây dựng, việc chuyển hoá nước thải thành năng lượng sạch sẽ làm giảm đến 90% mức độ ô nhiễm môi trường của các nhà máy chế biến tinh bột khoai mì, (Lương Thế Vinh, 10/2011).
Theo đánh giá của Công ty Asia Thái Lan, Công ty Hải Nam Trung Quốc, Công ty Carbotech Thụy Sĩ, Công ty Hoài Nam Hoài Bắc Việt Nam thì nguồn nước thải của nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì hoàn toàn phù hợp để sản xuất khí biogas, dùng khí đốt này quay lại phục vụ sản xuất giảm giá thành sản phẩm, làm sạch môi trường. Ý thức được tầm quan trọng về việc bảo vệ môi trường thiên nhiên trong sạch, từ những đánh giá này các nhà máy nên tiến hành triển khai dự án đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải thu hồi khí biogas từ nước sản xuất và nước sinh hoạt, hạn chế việc xử lý cuối đường ống, (Nguyễn Phước Lộc, 12/2010).
Với điều kiện tự nhiên thuận lợi, đất đai phì nhiêu, An Giang phát triển rất mạnh về nông nghiệp. Đặc biệt là ngành trồng trọt trong đó có trồng lúa với năng suất cao. Tuy ngành chăn nuôi không phát triển mạnh bằng các tỉnh
Chăn nuôi ở An Giang chủ yếu là chăn nuôi theo mô hình kinh tế hộ gia
đình, chưa có một nông trại chăn nuôi thật sự. Người dân chăn nuôi tự phát để
tăng gia sản xuất, tăng nguồn thu nhập. Do đó, đầu tư vào một hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường chăn nuôi gia súc, gia cầm có hiệu quả chất lượng thì rất
đắt. Dân số ngày càng tăng, kinh tế xã hội ngày càng phát triển, càng ngày càng nảy sinh nhiều bất cập, đặc biệt đáng báo động là vấn đề ô nhiễm môi trường sống ngày càng trầm trọng. Với tiêu chí phát triển bền vững đặt ra cho An Giang câu hỏi về việc phải xử lý ô nhiễm môi trường do các hoạt động của con người nói chung và xử lý ô nhiễm trong chăn nuôi nói riêng, trong đó việc
đầu tiên là phải xử lý được môi trường nước thải. Hơn nữa các dịch bệnh thường bùng phát do điều kiện môi trường không đảm bảo, do đó, việc xử lý ô nhiễm môi trường sống càng trở nên bức bách, cần thiết phải xử lý kịp thời.
Để khắc phục vấn đề nước thải này, các chất thải của gia súc được cho vào hầm kín (hay túi ủ), ở đó các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng thành các chất mùn và khí, khí này được thu lại qua một hệ thống đường dẫn tới lò để đốt, phục vụ sinh hoạt của gia đình. Các chất thải ra sau quá trình phân hủy trong hầm kín (hay túi ủ) gần như sạch và có thể thải ra môi trường, đặc biệt nước thải của hệ thống Biogas có thể dùng tưới cho cây trồng. Với khoảng 1,5 triệu
đồng chi phí lắp đặt một hệ thống biogas hoàn toàn phù hợp với điều kiện nông dân. Người nông dân có thể hoàn toàn tiết kiệm được khoản tiền chi phí cho gas đốt.
Theo thống kê năm 2009 có khoảng 27.000 công trình biogas đã được xây dựng tại 24 tỉnh ở Việt Nam. Năm 2010, khoảng 167.000 công trình tại 50 tỉnh, thay thế khoảng 200.000 tấn củi hoặc phế thải nông nghiệp mỗi năm bằng nguồn năng lượng sạch. Hiện nay một số huyện ở An Giang, đặc biệt ở
Phú Tân, hầu hết các nhà chăn nuôi đều có lắp đặt hệ thống biogas và canh tác theo mô hình VACB (Vườn - Ao - Chuồng - Biogas), (Ngô Đình Ba, 10/2010).
Lợi ích từ việc thu hồi khí biogas
- Lợi ích về kinh tế
Biogas là hỗn hợp khí sinh học (KSH) (trong đó chiếm tới 70% là khí metan), được tạo từ quá trình phân hủy những chất thải của người, động vật và cả thực vật trong điều kiện được ủ kín. Theo tính toán, 1 khối (m3) khí này tương đương với 2,2 KWh điện năng nên có thể dùng để nấu nướng, thắp sáng
hoặc có thểđược sử dụng làm nguồn nhiên liệu chạy máy bơm nước, máy phát
điện,...
Theo tính toán của các nhà chuyên môn, mỗi con heo thải ra môi trường khoảng 1 tấn phân/năm. Nếu thu gom hết, sử dụng sản xuất biogas thì mỗi năm có thể sản xuất được 13,5 triệu khối khí metan, cung cấp gần 30 triệu KWh điện năng. Ở mỗi gia đình ở nông thôn, nếu biết cách sử dụng biogas có thể tiết kiệm tiền điện, chất đốt, làm giảm đáng kể giá thành chăn nuôi (khoảng 7 - 10%), (Trịnh Quốc Việt, 2010).
Ngoài ra, chất thải từ công trình biogas gồm nước thải lỏng và phụ phẩm
đặc (bã thải) là những sản phẩm có giá trị được sử dụng vào nhiều mục đích: phân bón, nuôi cá, nuôi giun,... Sau khi được lấy ra từ hầm, túi ủ, chất thải này hầu như không còn các loại vi sinh vật gây bệnh như trước khi đưa vào bể ủ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, dùng phụ phẩm lỏng phun trên lá giúp tăng năng suất cây trồng khoảng 10% so với bón trực tiếp vào đất. Ngoài ra, bón bã thải kết hợp với phân vô cơ sẽ làm tăng độ hòa tan và hấp thu phân bón hóa học của đất; đồng thời hạn chế sự suy giảm chất dinh dưỡng, tăng hiệu suất sử
dụng NPK lên 10- 30%....
• Dự án khí biogas
Trong đó, công trình hầm biogas theo kiểu vòm cầu (do trung tâm Năng lượng mới và Trường Đại học Cần Thơ thiết kế) có nhiều ưu điểm được chọn làm công trình mẫu trong dự án KSH cho ngành chăn nuôi Việt Nam từ năm 2003 đến nay. Hầm biogas theo kiểu này tốn khoảng 1,2- 2 triệu đồng, dung tích trên 3m3, tuổi thọ trung bình khoảng 10- 15 năm. Kỹ thuật xây dựng hầm khá đơn giản, các gia đình ở nông thôn có thể tự làm dựa trên những bản vẽ
thiết kếđơn giản, diện tích xây dựng hầm ủ không lớn, có thể làm chìm dưới
đất, (Sở khoa học và công nghệ Cần Thơ, 2009).
Mới đây, dự án chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam giai đoạn 2007-2011, do Cục Chăn nuôi (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) và Tổ chức Phát triển Hà Lan thực hiện được triển khai tại Kbang. Chỉ
tiêu giao 20 công trình nhưng đã có gần 100 hộ đăng ký thực hiện. Xã Kông Lơng Khơng có 12 hộ tham gia. Các hộ tham gia đợt này được hỗ trợ 1,2 triệu
Hình 2.2. Hầm biogas theo kiểu vòm cầu
- Lợi ích về môi trường
Nếu chất thải từ những ngành chăn nuôi, ngành công nghiệp không được thu gom để đưa vào hầm ủ khí biogas thì chẳng những chúng ta bỏ đi nguồn nhiên liệu quý giá mà còn góp phần làm ô nhiễm môi trường nông thôn. Biogas giúp hạn chế mùi hôi thối, ruồi nhặng, giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường xung quanh khu chăn nuôi.
Riêng đối với nước thải trong các ngành công nghiệp, ngành chế biến áp dụng phương án xử lý nước thải thu hồi biogas sẽ làm giảm bớt phát thải khí nhà kính, chất lượng nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải. Chi phí vận hành hệ thống xử lý nước thải giảm đáng kể, tạo thế cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường, giúp doanh nghiệp phát triển theo hướng bền vững.
2.3.3. Sản xuất dầu biodiesel từ mỡ cá
Vào khoảng 1900, con người đã biết sử dụng dầu sinh học này làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Nhưng vào thời điểm đó, nguồn năng lượng dầu mỡ rẻ tiền chưa trở nên cần thiết. Đến ngày nay, giá nhiên liệu tăng lên và nỗi lo lắng về nguy cơ thiếu hụt nhiên liệu thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là việc rất cần thiết, đó là biodiesel (Trung tâm nghiên cứu và phát triển về tiết kiệm năng lượng, 2003).
Khái niệm biodiesel (biology diesel): hay còn gọi là dầu sinh học, nó là một loại nhiên liệu sinh học có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà được sản xuất từ dầu thực vật
hay mỡ động vật bằng phản ứng chuyển hóa este (transesterification) (Viện môi trường và Tài Nguyên TP.HCM, 2004).
Năm 2004, Phân viện khoa học vật liệu tại Tp. Hồ Chí Minh đã nghiên cứu thành công công nghệ sản xuất dầu biodiesel, được làm từ mỡ động vật (mỡ cá tra, cá basa). Có nhiều phương pháp để tổng hợp dầu biodiesel nhưng cách chuyển vị este dầu mỡ động vật bằng chất xúc tác zeolyt với tác nhân metanol (etanol) được xem là tốt nhất. theo phương pháp này, một tấn nguyên liệu có thể thu được 100kg glycerin và 800kg biodiesel. Các tiêu chuẩn chớp cháy và độ nhớt sản phẩm đều đạt tiêu chuẩn, giá thành của biodiesel giảm khoảng 20% so với giá dầu trên thị trường (Nguyễn Đình Thành, 2004).
• Nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật
Từ các năm 1980 đã có cuộc “lội ngược dòng” nhằm đưa nhiên liệu sinh học trở về vai trò căn bản sau khi đã đánh mất vào thời phát triển dầu mỏ trong các năm 1920. Châu Âu có tốc độ phát triển biodiesel nhanh nhất với quy trình sản xuất từ hột cải dầu Brassica napus. Tận dụng ưu thế nhiệt đới, vùng Đông Nam Á nhận được nhiều nguồn đầu tư vào nhiên liệu sinh học; trong đó 3 nước Thái Lan, Malaysia và Inđônêxia sử dụng các loại dầu cọ, Philippin cũng như Trung Quốc và Ấn Độ chọn loại dầu của cây đậu cọc rào (còn gọi cây dầu mè) Jatropha curcas. Trái lại, các tập đoàn dầu khí không đầu tư sản xuất biodiesel từ cây trồng trên cạn mà nhắm vào các loài rong tảo, đặc biệt vào nhóm tảo phù du - phytoplankton - vốn có cấu trúc tế bào đơn giản, tốc độ
sinh sản cực kỳ nhanh và hàm lượng chất béo lại rất lớn. Người ta gọi phong trào đầu tư này bằng câu nói “từ algae đến oilgae”.
Thực tế khai thác cho thấy mỗi hecta đất trồng cải dầu chỉ sản xuất được 1.100 lít biodiesel, đậu cọc rào được 1.590 lít, dừa được 2.670 lít và cây cọ