Những nƣớc phát triển trong nhiều năm qua đã và đang thực hiện những chƣơng trình rộng lớn về lĩnh vực phát triển các nguồn NLTT. Theo dự báo của cơ quan năng lƣợng thế giới đến năm 2020 tỷ lệ các nguồn NLTT trong cân bằng năng lƣợng thế giới sẽ đạt khoảng 20%, trong đó tỷ lệ SK là trên một phần ba.
Ngƣời ta thƣờng áp dụng những phƣơng pháp sau đây để biến đổi SK một cách kinh tế và hợp lý thành nhiên liệu và năng lƣợng thuận tiện.
o Biến đổi nhiệt hố (đốt trực tiếp, nhiệt phân, khí hố);
o Biến đổi theo công nghệ sinh học (thu đƣợc các loại cồn nguyên tử thấp);
o Chế biến nhiệt hoá và cơ học thành nhiên liệu đóng bánh.
Phương pháp biến đổi nhiệt hoá đối với sinh khối là đốt trực tiếp
Trong nông nghiệp để sấy khô và tăng cƣờng quạt gió cho nơng phẩm ngƣời ta sử dụng rộng rãi các máy cấp nhiệt công suất từ 0,25 2,5MW. Chúng đƣợc sản xuất ra để chạy bằng dầu hoặc khí hợp bộ với các thiết bị sấy trong đó có các thiết bị sấy lúa năng suất từ 2,5 50T/h, chúng còn đƣợc sử dụng để sƣởi cho gia cầm, ấp trứng, cho nhà kính... Song song
với các công nghệ đốt trực tiếp ngƣời ta nghiên cứu triển khai các công nghệ đốt 2 giai đoạn, nhiên liệu rắn sơ bộ đƣợc khí hố, cịn khí thu đƣợc đốt trong lị. Việc đốt 2 giai đoạn càng ngày càng phổ biến rộng rãi bởi vì nó cho phép nghiên cứu triển khai các thiết bị hoạt động với hiệu suất cao, có tính linh hoạt hơn khi thay đổi các chế độ hoạt động của các thiết bị sử dụng nhiệt, ơ nhiễm mơi trƣờng ít hơn và ít địi hỏi về chất lƣợng nhiên liệu.
Ở Liên Bang Nga: những công tác thử nghiệm chủ yếu về đốt các phế liệu thảo mộc đã đƣợc tiến hành trên thiết bị thí nghiệm cơng suất 0,3 0,5MW với thiết bị buồng đốt thử nghiệm công nghiệp công suất gần 1,5MW tại công ty nông nghiệp “Kavkaz” thuộc vùng Krasnodar và tại trạm thử nghiệm thuộc Viện Cơ giới hố nơng nghiệp L.B.Nga ở thành phố Armavir. Thiết bị buồng đốt công suất 1,5MW đã đƣợc nghiên cứu triển khai làm mẫu thử đầu tiên cho các thiết bị công suất lớn hơn (tới 5MW) và đã cho phép thực hiện các chế độ đốt cháy khác nhau đối với hàng loạt nhiên liệu với các đặc tính cơ lý khác biệt nhau và nhiệt trị khác nhau.
Tình hình sản xuất điện sinh học trên thế giới
Do sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng đồng thời dần cạn kiệt các nguồn năng lƣợng nhƣ than, dầu mỏ ..., các nƣớc trên thế giới đều hết sức quan tâm đến các nguồn NLTT. Tại Hội nghị quốc tế về các nguồn năng lƣợng mới tổ chức tại Bon (Đức), tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp của LHQ (FAO) cho rằng nên sử dụng các nguồn năng lƣợng sinh học (than củi, bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, các chất dƣ thừa không dùng đến của nông nghiệp và lâm nghiệp..) nhằm tạo ra nhiệt lƣợng, khí gas, dầu sinh học, điện sinh học và gas sinh học. Ƣớc tính tới năm 2020, sản lƣợng điện sinh học của thế giới là hơn 30.000 MW [14].
Hiện nay, trên thế giới có 3 phương pháp biến đổi thành điện sinh khối:
1. Sản xuất điện SK là việc sử dụng SK (biomass) để tạo ra điện năng. Phần lớn các nhà máy điện sinh học trên thế giới sử dụng hệ thống đốt SK trực tiếp để tạo hơi nƣớc làm quay tuốc bin và sản sinh thành điện nhờ máy phát điện;
2. Loại sản xuất điện SK thứ hai cũng đƣợc quan tâm nhiều do có thể sử dụng các hệ thống đồng đốt cháy liên quan tới việc sử dụng SK nhƣ một nguồn năng lƣợng bổ sung trong các nồi hơi hiệu quả cao cho các nhà máy điện đốt than;
3. Loại thứ ba đƣợc quan tâm là hệ thống khí hố sử dụng nhiệt độ cao và môi trƣờng hiếm oxy để biến SK thành khí sinh học (hỗn hợp gồm hydro, CO và metan) để cung cấp nhiên liệu cho tuốc bin khí để sản xuất điện năng. Cũng có một số nhà máy điện sử dụng chu trình khác. Chẳng hạn, nhƣ nhiên liệu SK đƣợc biến thành các loại khí đốt điều áp, nóng với khơng khí trong buồng khí hố và sau đó đƣợc đƣa vào tuốc bin để sản xuất điện.
Mỹ hiện đang là nƣớc sản xuất điện từ SK lớn nhất thế giới. Hơn 350 nhà máy điện sinh học sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cƣa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vƣờn cây ăn quả, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm, đủ để cung cấp cho hàng triệu hộ gia đình, đồng thời tạo ra 66.000 việc làm. Với các công nghệ tiên tiến hiện đang đƣợc phát triển hiện nay sẽ giúp ngành điện SK tại Mỹ sản xuất trên 13.000MW vào năm 2010 và tạo thêm 100.000 việc làm. Năng lƣợng SK chiếm 4% tổng năng lƣợng đƣợc tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lƣợng tái sinh.
Nƣớc Nhật đã dự định tăng sản lƣợng điện năng SK từ 218.000 kW trong năm 2002 lên 330.000 kW tới năm 2010. Ngƣời ta đã ƣớc tính rằng tác động kinh tế tổng thể nhƣ tạo ra công ăn việc làm và các phƣơng tiện khác liên quan đến công nghiệp sinh khối có thể đạt đến 300 tỷ yên ở Nhật [16].
Trung Quốc: hàng năm, ngành công nghiệp luyện kim Trung Quốc sử dụng 10.000 tấn rơm làm vật liệu cách nhiệt. Có tới 50% sản lƣợng rơm của Trung Quốc đƣợc sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy. Có những thời kỳ, trấu cung cấp tới 80% năng lƣợng cho các hệ thống sấy nông sản của Trung Quốc (1 kg trấu tƣơng đƣơng với 0,23 lít dầu diesel), 50% sản lƣợng trấu đƣợc nghiền nhỏ dùng làm phối liệu sản xuất thức ăn chăn nuôi ở Trung Quốc.
CHƢƠNG 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Khu vực và đối tƣợng nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu: tỉnh Nam Định.
Đối tƣợng nghiên cứu: Các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch (rơm, rạ, trấu từ canh tác lúa; thân lá và lõi ngô; thân và vỏ lạc).
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu thứ cấp
Tài liệu thứ cấp là những tài liệu có sẵn hoặc các số liệu thống kê của địa phƣơng về các vấn đề có liên quan đến nội dung nghiên cứu. Các tài liệu thứ cấp đƣợc thu thập từ các nguồn sau đây:
- Các báo cáo tổng kết, quy hoạch phát triển, các số liệu đƣợc thu thập từ sở Tài nguyên Môi trƣờng và Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn;
- Từ các nguồn tài liệu nghiên cứu khác liên quan: báo chí, tài liệu hội nghị, hội thảo, sách, tạp chí, internet,...
2.2.2. Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa
- Đây là phƣơng pháp quan trọng nhất nhằm kiểm tra các thông tin đã thu thập đƣợc qua tài liệu và thu thập những thông tin từ thực tế để củng cố giả định nghiên cứu. Trong thời gian làm luận văn, đã tới địa phƣơng để
thu thập tất cả những thông tin cần thiết liên quan đến vấn đề nghiên cứu. - Phỏng vấn ngƣời dân về tình hình canh tác, thu gom và sử dụng các
phụ phẩm cây lúa, tình hình chăn ni gia súc, gia cầm tại địa phƣơng từ đó giúp cho việc đánh giá sơ bộ về hiện trạng canh tác, thu gom và sử dụng các phụ phẩm này; Đồng thời đã tìm hiểu thực tế các cơ sở xay xát tại địa phƣơng về việc thu gom và sử dụng trấu.
2.2.3. Phương pháp thống kê, điều tra, khảo sát
- Dùng các bảng biểu và các phiếu điều tra, khảo sát về lƣợng rác thải phát sinh cũng nhƣ thành phần rác thải tại tỉnh Nam Định.
- Đây là phƣơng pháp cung cấp những thông tin cập nhật, sát thực với địa bàn nghiên cứu và phản ánh đƣợc nhiều vấn đề liên quan nhƣ hiện trang canh tác cây lúa, ngô, lạc cũng nhƣ hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm từ các loại cây nông nghiệp này.
+ Phiếu phỏng vấn gồm các câu hỏi đƣợc chia làm 4 phần:
o Phần 1: thơng tin về hộ gia đình phỏng vấn;
o Phần 2: Hiện trạng canh tác cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) tại địa phƣơng;
o Phần 3: Hiện trạng thu gom và sử dụng phụ phẩm từ các loại cây nông nghiệp này;
o Phần 4: Nhu cầu năng lƣợng của gia đình.
+ Tiến hành phát 40 phiếu điều tra thơng qua cộng đồng dân cƣ tại xã Yên Thắng - huyện Ý Yên - tỉnh Nam Định . Ngoài ra, có kết hợp với phỏng vấn khơng chính thức các lãnh đạo chính quyền và các cơ quan địa phƣơng.
Trên cơ sở các số liệu thu đƣợc từ thực địa về việc xác định khối lƣợng thực tế các phụ phẩm trên một đơn vị diện tích; từ kết quả điều tra bằng phiếu điều tra và từ các nguồn thông tin số liệu thu thập đƣợc, đã tính đƣợc tổng khối lƣợng của từng loại phụ phẩm ứng với một số cây nơng nghiệp trong tồn tỉnh, nhằm đánh giá tiềm năng NLSK của tỉnh Nam Đi ̣nh và đƣa ra các kết luận, khuyến nghị về sử dụng hiệu quả các nguồn SK này.
2.2.4. Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích
Mẫu khí (CH4, CO2, CO) đƣợc lấy trên ruộng canh tác lúa tại xã Yên Thắng - huyện Ý Yên - tỉnh Nam Đi ̣nh theo vụ canh tác và theo các giai đoạn khác nhau nhƣ:
+ Giai đoạn lúa đang chín (hạt đang chuyển sang màu vàng); + Giai đoạn lúa vừa mới đƣợc thu hoạch xong;
Các số liệu đƣợc so sánh và nhận xét.
Dụng cụ lấy mẫu: Sử dụng thiết bị lấy mẫu khí DESAGA - 212 (Đức) để hấp thụ khí CO2, CH4, và CO.
+ Phân tích khí CH4
Mẫu khí sau khi đã đƣợc hấp thụ đƣợc mang về phịng thí nghiệm và phân tích bằng máy sắc ký khí GC 2010 (Gas Chromatography – GC) với detecto FID.
+ Phân tích CO2: Sử dụng Na2CO3 để hấp thụ khí CO2, xác định CO2 bằng phƣơng pháp chuẩn độ.
+ Phân tích CO: Sử dụng dung dịch paladi clorua để hấp thu CO và xác định CO theo phƣơng pháp sắc ký khí theo TCVN 5972 – 1995.
Các kết quả phân tích đƣợc thực hiện tại Phịng thí nghiệm Phân tích mơi trƣờng Trung tâm – Khoa Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên.
2.2.5. Phƣơng pháp phân tích mẫu trong phịng thí nghiệm
Đề tài đã gửi mẫu đi phân tích tại Phịng đo lƣờng nhiệt- Trung tâm kĩ thuật tiêu chuẩn - đo lƣờng - chất lƣợng 1.
Phân tích nhiệt trị bằng Bom nhiệt lƣợng theo quy trình phân tích nhƣ sơ đồ (hình 2.1).
Trên cơ sở các số liệu thu đƣợc từ thực địa về việc xác định khối lƣợng thực tế các phụ phẩm trên một đơn vị diện tích; từ kết quả điều tra bằng phiếu điều tra và từ các nguồn thông tin số liệu thu thập đƣợc, đã tính đƣợc tổng khối lƣợng của từng loại phụ phẩm ứng với một số cây nơng nghiệp trong tồn tỉnh, nhằm đánh giá tiềm năng NLSK của tỉnh Nam Định và đƣa ra các kết luận, khuyến nghị về sử dụng hiệu quả các nguồn SK này.
Hình 2.1. Quy trình phân tích nhiệt trị các phụ phẩm nông nghiệp
Chuẩn bị mẫu
Đƣa 1 gam mẫu vào bom, nạp oxy ở áp suất cao Sấy đến khối lƣợng không
đổi
Tiến hành đốt mẫu trong bom nhiệt lƣợng
Tính tốn giá trị nhiệt lƣợng
Kết thúc Kiểm tra sản phẩm cháy Kiểm tra sản phẩm cháy Đánh giá kết quả Kh ông đạ t độ lệch c hu ẩn Th ực hi ện v ới 3 l ần đốt Đạt độ lệch chuẩn Mẫu cháy M ẫu kh ơng c háy h ay c ó c ặn
CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiện trạng chăn nuôi và phƣơng án xử lý chất thải chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Nam Định địa bàn tỉnh Nam Định
3.1.1. Hiện trạng chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Nam Định
Với thế mạnh về chăn nuôi gia súc, gia cầm, thời gian qua tỉnh đã phát triển mạnh cả về số lƣợng và chất lƣợng. Nhiều tiến bộ kỹ thuật mới về giống, thức ăn, thú y đƣợc đƣa nhanh vào sản xuất nhƣ nuôi lợn ngoại tỷ lệ nạc cao, gà Tam Hoàng, gà Kabia, vịt siêu trứng, ngan Pháp, …
Tỉnh đã xây dựng và đang thực hiện các chƣơng trình, dự án chăn ni. Phong trào chăn ni theo hình thức trang trại, gia trại cơng nghiệp và bán cơng nghiệp với mơ hình trang trại vừa và nhỏ đang đƣợc khuyến khích. Phƣơng thức chăn ni đang chuyển từ chăn ni phân tán tận dụng sang chăn nuôi tập trung quy mô ngày càng lớn theo hƣớng nuôi công nghiệp và bán cơng nghiệp hộ gia đình đảm bảo vệ sinh mơi trƣờng. Các điều kiện vật chất, kỹ thuật và biện pháp thâm canh trong chăn nuôi ngày càng đƣợc tăng cƣờng và từng bƣớc đáp ứng yêu cầu phát triển chăn ni hàng hố.
Sản lƣợng thịt hơi xuất chuồng năm 2010 đạt 126 ngàn tấn, chiếm 2,95% so với cả nƣớc và chiếm 11,94% so với vùng ĐBSH. Chăn ni lợn ln có giá trị lớn và chiếm tỷ trọng cao trong tổng giá trị sản xuất của tồn ngành chăn ni. Chăn ni lợn hƣớng nạc, lợn nái sinh sản, bị thịt đang có xu hƣớng phát triển nhanh, tỷ trọng lợn lai kinh tế, lợn thịt hƣớng nạc tăng nhanh trong cơ cấu đàn. Đàn trâu có xu hƣớng giảm liên tục do nhu cầu sức kéo trong sản xuất nông nghiệp thấp và đang bị thay thế bằng cơ giới hóa.
Cơng tác tiêm phịng và vệ sinh thú y, phòng chống dịch bệnh đƣợc thực hiện hiệu quả, hạn chế đến mức thấp nhất dịch bệnh xảy ra. Tỷ lệ tiêm
phòng vắc xin kết quả cao và vƣợt kế hoạch. Đàn gia súc, gia cầm phát triển ổn định.
Hoạt động kiểm soát, kiểm dịch nhất là tại các chốt kiểm dịch đƣợc tăng cƣờng, đảm bảo gia súc, gia cầm và trứng gia cầm lƣu thông đều đƣợc qua kiểm dịch. Cơng tác kiểm sốt giết mổ tỉnh đƣợc quan tâm, từng bƣớc đảm bảo an tồn vệ sinh thực phẩm.
Cơng tác kiểm tra các cơ sở kinh doanh thức ăn chăn nuôi, thuốc thú y đƣợc chú trọng, đảm bảo không để hàng giả, hàng kém chất lƣợng lƣu thông trên địa bàn. Đội ngũ cán bộ thú y - chăn nuôi đang từng bƣớc đƣợc tổ chức, kiện tồn.
Hiện trạng về chăn ni trong tỉnh thời gian qua đƣợc thể hiện trong Bảng 3.1
Bảng 3.1. Số lượng vật ni trên tồn tỉnh Nam Đi ̣nh diễn biến qua các năm và dự báo đến năm 2018
Loại vật nuôi
Số lƣợng (con)
Năm 2009 Năm 2013 Năm 2017 Năm 2018
Trâu 6.243 6.265 7.656 7.732
Bò 37.388 34.543 30.853 31.775
Lợn 747.068 734.409 756.436 775.557
Gia Cầm 6.051.746 7.136.950 7.615.000 8.103.568 Theo tính tốn của nhóm tác giả Chiến lƣợc trên cơ sở thống kê đầu gia súc, gia cầm của Cục Chăn ni, tính đến năm 2018, lƣợng chất thải chăn ni ƣớc tính nhƣ sau: phân trâu đạt 32.912 tấn, phân bị đạt 121.691 tấn, phân lợn đạt 705.811 tấn, phân gia cầm đạt 652.489 tấn; lƣợng nƣớc tiểu đạt khoảng 670.000 tấn. Tuy nhiên tỉ lệ sử dụng chất thải chăn nuôi tƣơng ứng không cao cụ thể: biogas chiếm 5,4%, ủ compost 15,3%, không xử lý chiếm 43%, phƣơng pháp khác chiếm 36,3%, từ số liệu trên cho thấy tỉ lệ tái sử dụng hợp lý đối với lƣợng chất thải chăn ni trên tồn tỉnh là không cao, tiềm năng năng lƣợng sinh khối tƣơng đối lớn.
Xử lý chất thải tỉnh Nam Định cũng khơng ngồi tình hình chung cả nƣớc. Theo thống kê của Cục Chăn nuôi (2016) cho thấy: tỷ lệ lƣợng chất
thải sử dụng cho KSH thấp, khoảng 3,7%, Tỷ lệ ủ phân compost cao hơn trung bình cả nƣớc nhƣng cũng chỉ ở mức 10% (tƣơng đƣơng 1,8 triệu tấn phân). Một số tỉnh có tỷ lệ ủ compost cao nhƣ Bắc Giang, Phú Thọ và Tiền Giang với tỷ lệ tƣơng ứng là 21,6%, 17,4% và 9,2%. Đây là các tỉnh có diện tích cây cơng nghiệp và cây ăn quả lớn nên có nhu cầu cao về phân hữu cơ. Các tỉnh miền núi có tỷ lệ ủ compost thấp. Tỷ lệ phân không qua xử lý (sử dụng trực tiếp) rất cao, trung bình của 10 tỉnh là 62,2%, tƣơng đƣơng 11,4 triệu tấn. Hình thức khác gồm xả ra ao, mƣơng, kênh rạch cũng khá cao 24,1% (tƣơng đƣơng 3,7 triệu tấn).
Tóm lại, chất thải chăn nuôi đang là vấn đề lớn trong môi trƣờng