3.2.1 .Nhiệt trị của một số chất thải rắn sinh khối trên địa bàn huyện
3.2.3. Tính tốn tiềm năng năng lượng chất thải rắn nông nghiệp
a. Đối với phụ phẩm nông nghiệp
Từ kết quả phân tích nhiệt trị (Bảng 22) và khối lượng các phụ phẩm nơng nghiệp (Bảng 19), tính được nhiệt lượng các thành phần tương ứng.
Kết quả tính tốn được đưa ra trong Bảng 24.
Bảng 24. Tiềm năng năng lượng từ các phụ phẩm sinh khối sau thu hoạch lúa, ngô, lạc trên địa bàn huyện Ý Yên
Rơm, rạ Trấu Thân lá, lõi
ngô Thân, lá, vỏ lạc Tổng Khối lượng phụ phẩm (tấn/năm) 76.836,71 15.367,34 9.591,92 14.816,32 116.612 Khối lượng phụ phẩm 210,51 42,10 26,28 40,59 319,48
(tấn/ngày) Nhiệt lượng
( triệu kcal)
758,88 152,19 101,36 145,06 1.157,51
Từ kết quả Bảng 24 thấy rằng, với khối lượng phụ phẩm nông nghiệp là 116.612 tấn/năm, tương ứng với 319,48 tấn/ngày thì thu được tổng nhiệt lượng là 1.157,51 triệu kcal/ngày, nếu quy đổi 1kcal = 4,19 KJ, thì tương ứng khoảng 484.996.900 KJ/ngày. Với điều kiện phát triển kinh tế nông thôn hiện nay của huyện, cùng với thế mạnh đầu tư phát triển các ngành nơng nghiệp, thì nguồn phụ phẩm nơng nghiệp chính là nguồn nhiên liệu phong phú cho việc nghiên cứu và tận dụng hợp lý chúng. Nhằm giảm thiểu sự lãng phí tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
b. Đối với phụ phẩm chăn nuôi
Đối với điều kiện kinh tế - xã hội tại địa phương thì phương pháp tận thu khí từ bể biogas đang là giải pháp tốt, phục vụ cho mục đích đun nấu và sản xuất của người dân.
Với lượng đàn gia súc, gia cầm tại địa phương, từ số liệu đưa ra trong Bảng 19 và trên cơ sở các số liệu về mức độ sinh khí có thể tính được lượng khí sinh ra từ hầm ủ biogas được thể hiện trong Bảng 25.
Bảng 25. Sản lượng khí sinh học từ đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn
Loại nguyên liệu Mức độ sinh khí (L/kg phân) 17 Lƣợng phân (kg/ngày) Tổng lƣợng khí (nghìn lít) Phân trâu, bị 22 - 40 142.087 3.125 – 5.683 Phân lợn 40 - 60 157.320 6.292 – 9.439 Phân gà, vịt 65,5 - 115 23.575 1.544 – 2.711 Tổng 10.961 - 17.833 m3/ngày
Từ kết quả Bảng 25 thấy rằng, tổng lượng khí phát sinh từ nguồn sinh khối phân của đàn gia súc, gia cầm trên địa bàn huyện Ý Yên khá lớn (10.961 – 17.833 m3/ngày). Giá trị năng lượng của 1 m3 biogas chứa 62% CH4 khoảng 5.600 kcal nhiệt trị 32. Như vậy lượng khí tạo ra khí đốt là 6.795 – 11.056 m3/ngày, và tương
ứng khoảng 38.052.000 - 61.913.600 kcal nhiệt trị, nếu quy đổi 1kcal = 4,19 KJ thì tương ứng khoảng 159.437.880 – 259.417.984 KJ/ngày.
3.2.4. Dự báo tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn trên địa bàn huyện Ý Yên đến năm 2020
Huyện Ý Yên đang trong giai đoạn hội nhập và phát triển, huyện đang phấn đấu xây dựng đến năm 2015 thị trấn Lâm được công nhận là thị xã. Với tốc độ tăng trưởng như hiện nay, CTR phát sinh trên địa bàn sẽ ngày một gia tăng, với CTRSH tăng khoảng 8%, CTR công nghiệp khoảng 12%, và chất thải nông nghiệp khoảng 5% 20. Đối với ngành nông nghiệp và chăn ni đến nay chưa có dự án đầu tư nào tác động đến diện tích đất nơng nghiệp, nên coi như diện tích, và sản lượng nơng nghiệp không thay đổi. Xét đến sự thay đổi của CTR công nghiệp trên địa bàn.
Từ tốc độ tăng trưởng kinh tế và tỷ lệ gia tăng khối lượng các loại chất thải, tính tốn dự báo khối lượng CTR phát sinh từ công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp và dự báo tiềm năng năng lượng sinh ra từ các loại CTR tính đến năm 2020 được thể hiện trong Bảng 26.
Bảng 26. Dự báo khối lượng và tiềm năng năng lượng chất thải rắn công nghiệp – tiểu thủ công nghiệp trên địa bàn huyện Ý Yên
Năm CTR công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp Khối lƣợng (kg/ngày) Nhiệt lƣợng (MJ)
2012 3.390 56.996 2013 3.796 63.822 2014 4.251 71.471 2015 4.761 80.046 2016 5.332 89.646 2017 5.971 100.390 2018 6.687 112.428 2019 7.489 125.912 2020 8.387 141.010
Từ kết quả Bảng 27 thấy rằng, cần có phương án khả thi để có thể tận dụng hợp lý nguồn sinh khối này.
dự án nào tác động đến diện tích đất nơng nghiệp, cũng như chưa có sự thay đổi về mặt cơ cấu chăn nuôi trên địa bàn huyện, cho nên coi như khối lượng phụ phẩm nông nghiệp và khối lượng chất thải chăn nuôi không thay đổi.
3.3. Đánh giá lựa chọn phƣơng án công nghệ tận dụng các nguồn chất thải rắn tại địa phƣơng
Đối với lượng CTR phát sinh trên địa bàn nếu biết tận dụng nó sẽ trở thành nguồn năng lượng hữu ích. Việc đề xuất phương án khả thi để có thể sử dụng tồn bộ nguồn năng lượng này một cách hiệu quả là cần thiết. Với điều kiện kinh tế - xã hội tại địa bàn huyện Ý Yên, để xử lý các loại rác thải có hiệu quả đang là thách thức đối với các cấp chính quyền địa phương. Trên cơ sở thực tiễn tại địa bàn nghiên cứu, phù hợp với điều kiện kinh tế và quá trình sinh hoạt của người dân, tận thu những nguồn chất thải sẵn có để làm nhiên liệu đầu vào, tạo ra nguồn chất đốt có hiệu quả, tiết kiệm chi phí trong sinh hoạt. Như vậy, chất thải phụ phẩm nông nghiệp, chất thải tiểu thủ công nghiệp (mùn cưa, tre nứa...), chất thải chăn nuôi là nguồn chất đốt rất hiệu quả, nếu sử dụng hợp lý nguồn chất thải này, sẽ giảm áp lực đối với nguồn chất đốt khác như: than đá, dầu, khí gas... đang dần cạn kiệt.
Phương án công nghệ được lựa chọn có thể áp dụng trên địa bàn huyện Ý Yên là hầm ủ biogas, và công nghệ bếp hóa khí rơm, rạ quy mơ hộ gia đình.
3.3.1. Hầm ủ biogas
Huyện Ý n có nền nơng nghiệp, chăn ni đóng vai trị 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 nơng 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 nguyên 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 ngồi 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 ngoài, 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, cịn hầm bên này thì ln luôn chảy sang hầm bên kia nên sẽ không 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