3.2.1 .Nhiệt trị của một số chất thải rắn sinh khối trên địa bàn huyện
3.3. Đánh giá lựa chọn phương án công nghệ có thể áp dụng tại địa phương
3.3.1. Hầm ủ biogas
Huyện Ý n có nền nơng nghiệp, chăn ni đóng vai trò quan trọng trong đời sống, mang lại nguồn thu nhập chính cho gia đình. Phương án xây dựng hầm ủ biogas đang là hướng đi cần phát triển mạnh mẽ trên địa bàn, sẽ tiết kiệm được chi phí sử dụng chất đốt dành cho sinh hoạt trong gia đình, mang lại hiệu quả kinh tế cao. Không chỉ tận dụng làm chất đốt trong sinh hoạt mà có thể tận dụng phân súc vật, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá cây đều có thể trở thành phân bón sau khi lên men qua phân hủy ở những hầm biogas đậy kín khơng khí. Thành phần nitơ của chúng được chuyển thành amoniac dễ dàng hấp thụ hơn đối với các cây trồng, như vậy cải thiện được phân bón. Hiện nay, tại địa bàn huyện mới triển khai được hơn 2.504 hầm biogas, trong đó: khoảng gần 500 hầm biogas được xây dựng theo các dự án hỗ trợ khí sinh học, cịn lại đa phần các hộ gia đình chăn ni xây
hầm tự túc, tuy nhiên số lượng này cịn ít so với số lượng hộ chăn ni của tồn huyện Ý Yên.
Thơng qua tính tốn tiềm năng năng lượng ở trên thấy được: Huyện Ý Yên có tiềm năng năng lượng biogas dồi dào, song chưa được người dân khai thác hết tiềm năng, lượng năng lượng khai thác cịn tương đối ít so với tiềm năng của huyện.
a. Hình thức thu gom chất thải sử dụng biogas tại địa bàn
Nhìn chung chất thải hữu cơ như thức ăn thừa, lá cây, rơm rạ, chất thải thực vật là nguồn cũng có thể làm được biogas, nhưng hiện nay nguồn chất thải này chưa được thu gom đúng cách, vẫn cịn thải bỏ ra ngồi mơi trường, gây lãng phí.
Chủ yếu người dân tận dụng chất thải chăn nuôi làm nguồn nguyên liệu chính cho hầm ủ biogas. Thường chất thải chăn nuôi được thu gom chất thành đống làm nguyên liệu đầu vào.
b. Công nghệ áp dụng hầm ủ biogas
Hiện tại, có một số loại mơ hình hầm ủ biogas được áp dụng tại địa phương, nhưng hầu như vẫn còn nhược điểm mà chưa tạo ra sự thuận tiện cho bà con nông dân như: Loại hầm Biogas được xây dựng kiên cố, thường xây nổi có nắp vịm (hình cầu) nhưng do kỹ thuật xây dựng ở nông thôn không đảm bảo nên sau khi hoàn thành khoảng 6 - 7 tháng thường bị nứt, khí bị thốt ra ngồi nên sử dụng kém hiệu quả. Hầm Biogas hình cầu sau khi sử dụng từ 15 - 18 tháng đã xuất hiện lớp váng dày từ 10 - 15cm nên phải dỡ nắp hầm để phá váng thì vi khuẩn yếm khí mới hoạt động được. Hiện nay công nghệ hầm biogas chủ yếu đang áp dụng tại huyện cịn đơn giản, sơ đồ mơ phỏng hầm ủ được mơ tả trên Hình 14.
Hình 14. Sơ đồ mơ phỏng hầm biogas tại địa phương
Nước thải chăn nuôi Hầm biogas Hệ thống lọc tạp chất Khí biogas Thu khí phục vụ sinh hoạt Hồ sinh học Nước
Trước tình hình sử dụng hầm biogas hiện nay tại địa phương, còn nhiều bất cập, vẫn cịn gây ơ nhiễm mơi trường, chất thải chưa được xử lý triệt để vẫn cịn gây lãng phí, và vẫn cịn ảnh hưởng đến môi trường. Để cải thiện được vấn đề gặp phải hiện nay, mơ hình hầm ủ biogas cải tiến sẽ là bước lựa chọn mới cho địa bàn.
Mơ hình hầm ủ biogas cải tiến được đưa ra trên Hình 15.
Hình 15. Sơ đồ cơng nghệ hầm ủ biogas cải tiến
Mô tả quy trình cơng nghệ: Phân và nước từ các chuồng trại qua hệ thống
thu gom đến hồ lắng sau đó vào hầm ủ biogas. Phân và nước lưu trong hầm Biogas 20 ngày nhờ q trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ sản sinh ra khí sinh học. Hỗn hợp phân và nước sau thời gian được phân hủy trong hầm biogas sẽ chảy ra ao lắng gạn sinh học, sau đó được dùng làm phân bón, tưới cây nông nghiệp.
Hệ thống lọc gas: * Hấp thụ CO2
- Khí sinh học từ hầm Biogas qua hệ thống lọc khí để loại bỏ khí CO2, H2S và hơi nước.
- Trong hệ thống lọc gas khí CO2 khơng có lợi cho sự cháy (khi kết hợp với nước) được cho sục qua nước vôi, CO2 được hấp thụ thông qua phản ứng:
Hệ thống chuồng trại Hồ lắng Phân +nước Nước hầm lắng:tưới cây trồng Hệ thống thu gom Phân bón Hầm biogas Hệ thống lọc gas Phân +nước Phân +nước Sau khi ủ Khí sinh học KSH đã qua lọc Phục vụ cho quá trình đun nấu
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓ + H2O - CaCO3 kết tủa và có thể loại trừ ra khỏi dung dịch. * Tách H2S
Khí H2S là khí ăn mịn sắt thép, phương pháp đơn giản để loại bỏ là cho
biogas đi qua lớp dây sắt (phế phẩm khi phay tiện cơ khí) hoặc oxyt sắt Fe2O3 trộn với gỗ bào (vỏ bào). Phương pháp này gọi là phương pháp “rửa khí khơ”.
Mơ hình hầm biogas với cơng nghệ cải tiến thì dạng hình hộp chữ nhật được thiết kế từ sự kết mơ hình biogas cải tiến vacvina và loại hầm biogas có nắp đi động của Ấn Độ. Hầm ủ được xây dựng dạng hình hộp chữ nhật cho nên kỹ thuật xây dựng cũng khơng q khó khăn khơng địi hỏi những u cầu kỹ thuật khắt khe, mọi người thợ xây đều có thể xây được. Với mặt trên và mặt dưới được đổ bêtông kiên cố và xung quanh xây dựng bằng gạch thẻ hai lỗ và trét kỹ bằng vữa và vôi không cho thấm nước và thốt khí.
Do có dạng hình hộp chữ nhật nên sau khi được xây lắp song thì được lấp đất lại xung quanh nên độ bền của hầm sẽ rất đảm bảo và có thể chịu được áp xuất khí lớn trong hầm sinh ra.
Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của hầm biogas kiểu này cũng giống với những loại khác nguyên liệu được nạp vào, sau một quá trình phân hủy nhờ vào các vi sinh vật phân hủy kỵ khí thì cho ra khí và bã thải,cấu tạo bộ phận chính là hầm phân hủy gồm:
- Một cửa vào để nạp nguyên liệu lần đầu.
- Một cửa vào để nạp nguyên liệu định kỳ hàng ngày. - Một cửa ra để thải bã ra ngoài sau khi đã phân hủy. - Một lỗ thốt khí nhiên liệu để đưa khí vào sử dụng.
Hình 16. Sơ đồ ngun lý hoạt động hầm biogas cải tiến
Điểm đặc biệt của mơ hình cải tiến này góp phần tạo nên sự khác biệt và khắc phục được nhược điểm bị đóng váng của những hầm trước kia là: ở chính giữa hầm có một vách ngăn tương đối, vách ngăn này có vai trị chia hầm ra thành hai nửa và tạm thời và gần như chia thành hai nhiệm vụ khác nhau, một bên là nguyên liệu mới vào còn đang phân hủy và một bên là phân đã và đang bị phân hủy.
Vách ngăn này là một vách ngăn đặc biệt: được cấu tạo gần giống như một cánh cửa để có thể mở ra một cách dễ dàng khi cần sửa chữa bể.
Về nguyên lý hoạt động thì loại hầm này cũng hoạt động giống như những hầm biogas khác :
Đầu tiên thì nguyên liệu được nạp vào lần đầu bằng cả cửa chính, cửa vào và cửa ra sau đó đóng kín tất cả các cửa lại,đặc biệt là cửa trên, phải chèn thêm đất sét dẻo rồi mới đóng nắp để tránh khí thốt ra, sau một tuần thì hầm bắt đầu sinh khí, sau đó khoảng 20 ngày thì tiếp tục nạp nguyên liệu vào hàng ngày theo lối bể vào, vì lượng nguyên liệu nạp lần đầu đã bị phân hủy một lượng đáng kể. Tại ngăn bên này của bể phân hủy nguyên liệu đã bị phân hủy một phần, khi tiếp tục nạp nguyên liệu theo lối vào thì nguyên liệu sẽ bị tràn qua ngăn bên kia và tại ngăn thứ hai sẽ
Bể vào
Cửa nạp
Bể phân hủy Bể ra
tiếp tục diễn ra sự phân hủy sau khi q trình phân hủy ở đây được hồn tất thì xác phân sẽ được đưa ra ngoài theo lối bể ra.
Quá trình cứ diễn ra liên tục một cách tự động do áp xuất khí sinh ra và lượng nguyên liệu cung cấp thêm vào hàng ngày, khi trong hầm sinh ra nhiều khí thì áp xuất trong hầm sẽ tăng lên, khi đó những chất thải bã sẽ bị đẩy ra ngồi, ngược lại khi khí trong hầm dùng hết, áp xuất trong hầm giảm xuống thì phân và bã từ bể ra sẽ lại tràn ngược lại vào hầm để bảo đảm áp xuất cố định trong hầm luôn ở một giới hạn nào đó, hạn chế nứt hầm do áp xuất tăng cao.
Điều đặc biệt: Trong quá trình nguyên liệu tràn từ bể này qua bể kia thì chính hành động đó đã góp phần làm cho tan lớp ván trên bề mặt của hầm bên kia, còn hầm bên này thì ln ln chảy sang hầm bên kia nên sẽ khơng bị đóng váng, và đây chính là điểm cải tiến của mơ hình hầm biogas này.
c. Áp dụng với một hộ gia đình
Để thiết kế cụ thể mơ hình biogas kiểu này cho một hộ gia đình 5 người dùng thì sẽ cần một vài thơng số. Theo như nghiên cứu, tính tốn của các chun gia về khí sinh học thì cần khoản 0,34 - 0,42 m3 khí sinh học cho mỗi người trong một ngày 38, như vậy nếu như một gia đình có 5 người thì ta cần khoảng 1,7 - 2,1 m3
khí sinh học trong một ngày. Để thuận tiện cho việc tính tốn thì quy lượng này ra lít và tính giá trị trung bình là khoảng 2000 lít /ngày.
Như vậy với nhu cầu khí như trên và dựa vào khả năng cho khí của các loại nguyên liệu và số lượng phải đáp ứng đầy đủ, lượng phân hàng ngày thải ra là ổn định và số liệu này là lượng phân tối thiểu cần phải có trong một ngày.
Loại động vật Lƣợng phân (kg) Số lƣợng (con ) 17
Trâu hoặc bò 15 1
Heo 20 4
Gà 18 130
Kích thước hầm:
Dựa vào nhu cầu lượng khí như trên và lượng thải hàng ngày thì ta có thể ước tính kích thước của một hầm biogas của một hộ gia đình khoảng 5 người thì ta
chỉ cần xây một mơ hình hầm biogas khoảng 3 - 4 m3 là đủ. Như vậy, có thể xây dựng hầm ủ biogas khoảng 4 m3. Với kích thước hầm như sau:
Dài : 2m Rộng: 1,5m Cao : 1,5m
Chi phí tính tốn để xây dựng hầm ủ biogas khoảng 4 m3 với lượng vật liệu cần để xây là:
Tên vật liệu Số lƣợng Giá thành Tổng giá thành
Gạch hai lỗ 700 Viên 1.000/viên 700.000 Sắt 36 kg 16.000/kg 576.000 Cát 2 m3 80.000/m3 160.000 Xi măng 20 bao 80.000/bao 1.600.000 Đá 1x2 0,2 m3 25.000/0,1 m3 50.000 Công thợ 5 công 120.000/công 600.000 Thiết bị dẫn khí,và một
số khác
…..… 1.500.000 1.500.000
Tổng cộng 5.186.000
Như vậy, chi phí để xây dựng 1 hầm ủ biogas phục vụ cho mục đích đun nấu sinh hoạt vào khoảng 5.000.000 đồng/1 bể, và có thể sử dụng trong thời gian khoảng 10 – 15 năm. Chi phí xây dựng này phù hợp với hộ gia đình nơng dân nhỏ lẻ tại địa bàn, có vốn đầu tư thấp, thiết kế đơn giản phương pháp xây dựng phù hợp với tay nghề của các thợ xây ở địa phương, vật liệu để xây dựng cũng đơn giản.
Chi phí khấu hao cơng trình (tính trên tháng):
Hạng mục Giá trị xây dựng (đồng) Thời gian khấu hao (tháng) Chi phí khấu hao (đồng/tháng) Hầm ủ biogas (4 m3 ) 3.686.000 120 ≈ 31.000 Vật tư, phụ kiện liên quan 1.500.000 60 ≈ 25.000
Như vậy, khấu hao cơng trình hầm ủ biogas ở đây vào khoảng 56.000 đồng/tháng.
Theo điều tra thực tế tại một số hộ gia đình khi chưa sử dụng hầm ủ biogas làm chất đốt trong sinh hoạt thì chi phí cho một số loại chất đốt như sau:
Than sử dụng cho đun nấu: 100 kg/tháng. (1kg than: 1.800 đồng). Gas cơng nghiệp: 1 bình/ 2 tháng (1 bình: 400.000 đồng).
Khi sử dụng hầm ủ biogas làm chất đốt trong quá trình đun nấu cho sinh hoạt thì chi phí sử dụng cho một số loại chất đốt giảm như sau:
Than giảm được khoảng 5 cân/1 ngày sử dụng khoảng 48 kg/tháng. Gas công nghiệp: khơng cịn sử dụng nữa.
Đánh giá sơ bộ lợi ích về kinh tế thu được từ việc sử dụng hầm ủ biogas:
Chi phí năng lƣợng khi chƣa sử dụng hầm
ủ biogas (nghìn đồng/tháng)
Chi phí năng lƣợng khi sử dụng hầm ủ biogas
(nghìn đồng/tháng)
Chi phí tiết kiệm đƣợc khi sử dụng biogas (tháng)
Than 180.000 90.000 Gas CN 200.000 0
Tổng 380.000 90.000 290.000
- Doanh thu thu được từ quá trình sử dụng hầm ủ biogas: 290.000 đồng/tháng.
- Như vậy: Với việc sử dụng hầm ủ biogas làm khí đốt, thì hàng tháng có khả năng sinh lợi là:
Lợi nhuận = Doanh thu – chi phí = 290.000 đồng – 56.000 đồng = 234.000 đồng. - Số vốn đầu tư ban đầu: 5.186.000 đồng (coi sự chệnh lệnh không đáng kể). - Như vậy, thời gian số tiền hoàn vốn cho hầm ủ là:
5.186.000/234.000 22 tháng
Sau khoảng 22 tháng sử dụng, đã hoàn vốn toàn bộ chi phí xây dựng và lắp đặt hầm ủ biogas thì sau đó sử dụng miễn phí.
- Tổng tiết kiệm từ mơ hình (khơng tính đến lợi ích của chăn nuôi) là: 2.808.000 đồng/năm.
Với việc khai thác lượng khí sinh học từ hầm ủ biogas mang lại hiệu quả kinh tế cao cho gia đình. Ngồi ra, khi thực hiện mơ hình biogas, hộ chăn ni cịn có nguồn phụ thu tương đối từ phụ phẩm của cơng trình khí sinh học là nguồn phân hữu cơ phục vụ cho sản xuất ni, trồng và cịn tiết kiệm được thời gian vệ sinh môi trường, thuốc sát trùng, chi phí dụng cụ, bảo hộ lao động…hàng tháng mang lại.
Đánh giá lợi ích về mặt xã hội:
+ Giải quyết giảm thiểu ô nhiễm môi trường, phát thải khí nhà kính phát sinh từ chất thải cho các hộ chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mơ hộ gia đình, nhỏ, lẻ….
+ Tạo tiền đề cho việc đánh giá và xây dựng mơ hình chăn ni kiểu mẫu đáp ứng được các tiêu chí cơ chế phát triển sạnh trong chăn nuôi: cơ sở hạ tầng xanh, môi trường chăn nuôi xanh, năng lượng sạch sử dụng tại nông thôn.
+ Tăng hiệu quả cạnh tranh, phát triển sản xuất chăn nuôi, nâng cao chất lượng cuộc sống thơng qua khai thác các lợi ích về kinh tế, xã hội và mơi trường của các mơ hình biogas quy mơ hộ gia đình ở địa phương.
+ Tạo nguồn năng lượng sạch, chất đốt góp phần tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch; giảm tối đa nguy cơ dịch bệnh cho đàn gia súc, gia cầm và con người… đang là mục tiêu hướng tới của cộng đồng và các hộ, các trang trại chăn ni hiện nay.
3.3.2. Phương pháp bếp hóa khí khi sử dụng nguồn nhiên liệu phụ phẩm sinh khối rơm, rạ, trấu, mùn cưa
Đối với chất thải nông nghiệp rơm, rạ, trấu, thân các loại thực vật, và một phần chất thải công nghiệp như mùn cưa, tre nứa chưa được sử dụng đúng mục đích, gây lãng phí nguồn tài ngun này, khơng mang lại hiệu quả kinh tế. Hiện nay có cơng nghệ bếp khí hóa rơm rạ khơng khói muội đã đang là hướng đi khả quan trong việc tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp, tiết kiệm chi phí trong q trình sinh hoạt, khơng gây ô nhiễm môi trường, giảm áp lực nhu cầu năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, giảm lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính, giảm kinh phí cho cơng tác xử lý rác thải… Đây có thể hướng đi thiết thực đối với địa phương mà nông nghiệp đang là thế mạnh như trên địa bàn huyện Ý Yên.
- Rơm, rạ được phơi khơ trên cánh đồng sau đó được thu gom về từng hộ gia đình, và chất thành đống như truyền thống.
- Trấu sau khi say xát lúa, được tận dụng ngay nguồn trấu đó, đóng thành bao làm nhiên liệu đầu vào.
- Đối với cơ sở sản xuất gỗ, mùn cưa là nguyên liệu đầu vào rất tốt, khả năng