PHẦN 2. TỔNG QUAN VỀ TÀI LIỆU
2.4. Các biện pháp xử lý chất thải ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm
2.4.1. Biện pháp ủ sinh học tạo phân hữu cơ sinh học (composting)
Ủ phân compost (phân hỗn hợp, ví dụ phân nguyên phối hợp với phân xanh) là một quá trình phân huỷ hiếu khí phân, chất thải chăn nuôi có kiểm soát, được thực hiện bởi nhiều loại vi sinh vật khác nhau thuộc hai nhóm ưa ấm và chịu nhiệt, cho ra sản phẩm CO2, nước, khoáng chất và các chất hữu cơ ổn định.
Thông thường ủ phân compost được dùng để xử lý chất thải rắn và bán rắn như phân gia súc, phế phụ phẩm chế biến nông nghiệp, trồng trọt vv…
- Những thuận lợi và hạn chế của việc ủ phân compost. Thuận lợi của việc ủ phân compost: Mục đích của phương pháp ủ phân compost nhằm ổn định chất thải chăn nuôi, quá trình sinh học của ủ phân compost sau khi diễn ra đã biến đổi các chất thải hữu cơ thành những vật chất vô cơ ít gây ô nhiễm khi đưa vào môi trường tự nhiên.
Có tác dụng cải tạo đất và cung cấp dưỡng chất cho cây trồng: Các chất dinh dưỡng hiện diện trong chất thải dưới dạng các hợp chất hữu cơ cây trồng khó hấp thu. Sau khi ủ compost, các chất này sẽ được biến đổi thành các hợp chất vô cơ thích hợp cho cây trồng. Việc bón phân compost làm giảm quá trình rửa trôi khoáng chất.vì các chất này thường tồn tại ở dạng không hoà tan, có vai trò giữ nước làm tơi xốp đất, tạo điều kiện cho bộ rễ phát triển. Những hạn chế của quá trình ủ phân compost: Chất lượng của sản phẩm không ổn định để đáp ứng đầy đủ hàm lượng dinh dưỡng cần thiết của một loại phân bón. Không đảm bảo được tỷ lệ vô hiệu hoá cần thiết đối với các vi sinh vật gây bệnh (không diệt được mầm bệnh là các vi khuẩn tạo nha bào).
- Các giai đoạn trong quá trình ủ phân compost
Giai đoạn chậm: là giai đoạn cần thiết để vi sinh vật thích nghi, chuẩn bị các điều kiện cần thiết cho quá trình sinh trưởng, phát triển.
Giai đoạn tăng trưởng: nhiệt độ mẻ ủ tăng do nhiệt lượng sinh ra từ các phản ứng sinh học và đạt đến giới hạn của vi sinh vật ưa ấm (30 – 400C).
Giai đoạn thermophillic hay giai đoạn nhiệt hoá: ở giai đoạn này, nhiệt độ trong mẻ ủ tăng lên đạt mức cao nhất, thích hợp cho sự hoạt động của các vi sinh vật chịu nhiệt. Giai đoạn này thuận lợi cho việc cố định chất thải và vô hiệu hoá các vi sinh vật gây bệnh.
Giai đoạn thuần thục hay còn gọi giai đoạn khoáng hoá: ở giai đoạn này nhiệt độ trong mẻ ủ giảm dần và đạt cân bằng với nhiệt độ môi trường. Quá trình lên men thứ cấp diễn ra biến các chất hữu cơ thành mùn, đồng thời quá trình nitrat hoá cũng diễn ra biến NH3, NH4 thành NO3 do tác dụng của vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter. Quá trình này diễn ra chậm do đó cần có một thời gian đủ dài để thu được sản phẩm đạt chất lượng cao.
Ủ phân compost thường diễn ra trong điều kiện môi trường pH trung tính.
Giai đoạn đầu pH của mẻ ủ có thể giảm xuống do tạo ra các axit béo, sau đó pH trở lại trung tính khi các axit béo này chuyển hoá thành CH4 và CO2.
- Những dấu hiệu để nhận biết một mẻ ủ thuần thục (ủ hoan Nhiệt độ mẻ ủ sau khi tăng cao (50 – 700C) sẽ giảm dần tới mức cân bằng với bên ngoài môi trường; hàm lượng các hợp chất hữu cơ giảm, xuất hiện nhiều gốc NO3 và không còn NH3; không còn mùi hôi hấp dẫn các loại côn trùng; xuất hiện nhiều xạ khuẩn Actinomyces.
2.4.2. Lịch sử phát triển của công nghệ biogas 2.4.2.1. Trên thế giới
Dân số thế giới ngày càng tăng khiến cho nhu cầu tiêu thụ năng lượng cũng tăng theo nên nhu cầu về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn khiến cho nhân loại có nguy cơ đứng trước việc thiếu năng lượng. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng. Và biogas là một dạng năng lượng mới được các nước rất chú trọng trong thời gian gần đây. Nó không chỉ mang lại các lợi ích về kinh tế mà còn mang lại các lợi ích về xã mội và môi trường: cung cấp năng lượng, chuyển dịch cơ cấu kinh tế ở nông thôn hay bảo vệ môi trường sống...
Hiện nay ở quy mô toàn cầu, biogas là nguồn năng lượng lớn. Tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9% đến 10% tổng năng lượng trên thế giới. Theo tính toán, nếu tận dụng xử lý được hết nguồn phế thải toàn cầu thì hàng năm người ta có thể tạo 200 tỷ m3 khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu tấn nhiên liệu và kèm theo nó là khoảng 20 triệu tấn phân bón hữu cơ chất lượng cao. Nhiều nước đã tập chung nghiên cứu triển khai, sử dụng các nguồn khí sinh học và đạt được một số thành tựu đáng kể. Cụ thể:
Trung Quốc
Trung Quốc có lịch sử phát triển khí sinh học từ rất lâu, bắt đầu từ cuối thế
kỷ XIX. Ngay từ những năm 1978, Trung Quốc đã xây dựng được 7,5 triệu bể, hàng năm tạo ra khoảng 2,5 tỷ m3 khí, tương đương 1,5 triệu tấn dầu mỏ. Cho đến năm 1979, trên lãnh thổ Trung Quốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Biogas, có trạm có tổng công suất lên tới 1.500kW. Đến 1985, Trung Quốc đã xây dựng được 70 triệu bể và đến cuối năm 2003 là hơn 9,7 triệu hầm cho các hộ gia đình trên toàn quốc. Trên 90% hầm hoạt động tốt, sản xuất ra khoảng 2.980.000 m3/năm. Biogas chủ yếu được sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp sáng và chạy các động cơ phát điện. Đến giai đoạn 2006 – 2011, chính phủ nước này tiếp tục đầu tư 21,2 tỷ Nhân dân tệ để phát triển việc sử dụng khí sinh học tại các khu vực nông thôn. Tính đến cuối năm 2010, 40 triệu hộ gia đình, chiếm 1/3 dân số ở khu vực nông thôn tại Trung Quốc đã được tiếp cận với khí sinh học. Tại những vùng nghèo nhất của Trung Quốc, khí sinh học (biogas) và năng lượng Mặt Trời được coi là những nguồn năng lượng thân thiện với môi trường và hiệu quả hơn so với các năng lượng khác.
Hiện nay, mỗi năm Trung Quốc sản xuất ít nhất 16 tỷ m3 khí sinh học, đáp ứng 13% nhu cầu tiêu thụ khí đốt tự nhiên của cả nước.
Nepal
Nepal là nước đã ứng dụng khí sinh học từ thập kỷ 80 và từ năm 1992 với sự hỗ trợ của Dự án SNV, Chính phủ Nepal đã xây dựng Chương trình Hỗ trợ Khí sinh học (KSH) và nhờ đó đã xây dựng thêm được rất nhiều bể KSH. Từ chỗ chỉ có khoảng 2000 bể KSH vào năm 1991-1992 đến năm 2008, Nepal đã xây dựng thêm mỗi năm khoảng 16 000 đến 18 000 bể KSH. Từ năm 2008 ở Népal đã có 140 000 bể KSH cho các gia đình nông dân ở 62 địa phương và phục vụ cho lợi ích thiết thực của 11000 hộ nông dân.
Nepal không nuôi lợn cho nên chủ yếu chỉ dùng phân và nước tiểu của người và trâu bò. Nhờ có bể KSH mà môi trường nông thôn được cải thiện một cách rõ rệt. Chuồng trâu bò sạch sẽ , không có ruồi muỗi và không có mùi hôi thối, môi trường sống được thay đổi. Nguồn phân và nước tiểu được tận dụng và được chuyển hóa thành các loại phân hữu cơ vừa có chất lượng cao, vừa an toàn, lại không có mùi hôi thối và dễ cho cây trồng hấp thu, dễ chuyển thành chất mùn làm cải thiện chất đất. Đáng chú ý là nếu chăn nuôi đủ số lượng trâu bò cần thiết thì sẽ có đủ lượng KSH để chạy máy nổ nhỏ nhằm có điện thắp sáng và xem TV, nghe rađiô…
2.4.2.2. Ở Việt Nam
Kỹ thuật biogas được phát triển tại Việt Nam từ năm 1960. Sau ngày thống
nhất đất nước (1975) cho đến năm 1990, kỹ thuật này được xem là một trong những ưu tiên hàng đầu của đất nước trong chương trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo. trong khuôn khổ chương trình, rất nhiều nguyên cứu đã được thực hiện, tập trung vào công nghệ biogas. Các đơn vị tham gia vào chương trình phát triển biogas bao gồm Viện Năng Lượng, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TpHCM, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Đại Học cần Thơ, các Sở Khoa học, Công Nghệ và Môi trường địa phương.
Từ năm 1992, trong chương trình dự án của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn với sự hổ trợ của các tổ chức như FAO, SAREC, SIDA và Viện chăn nuôn nông nghiệp Quốc gia, trường Đại học Nông Lâm TpHCM đã phát triển mô hình hầm ủ biogas dạng túi. Với ưu thế chi phí đầu tư thấp, kỹ thuật lắp đặt và vận hành đơn giản, kỹ thuật này đã nhanh chóng được chấp nhận và nhân rộng bởi Hội Làm vường Việt Nam và các tổ chức cá nhân khác.
Hiện nay trên địa bàn cả nước có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas, có quy mô dưới 10m3 của các hộ gia đình nông dân. Riêng chương trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do Chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây được 15.678 hầm biogas. Ước tính chỉ có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoàng 100-200m3 tại các trang trại nuôi lợn.
Tuy nhiên, toàn quốc có tới 17.000 trang trại lợn, nghĩa là mới đạt 0,3% trang trại có hầm biogas. Về công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định xây bằng gạch hoặc đúc sẵn bằng composite tại các cơ sở chuyên nghiệp…
Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có nhà máy sản xuất điện biogas nào được hòa lưới điện quốc gia.
Biogas hiện nay được sử dụng chủ yếu cho đun nấu và chiếu sáng ở quy mô hộ gia đình ở các khu vực nông thôn. Dự báo, nhu cầu sử dụng biogas cho đun nấu và chiếu sáng sẽ tăng cao tại các khu vực nông thôn. Các chuyên gia chỉ ra rằng, nhu cầu tiềm năng ở Việt Nam sẽ là một hệ thống biogas tích hợp, bao gồm thu gom rác thải, các thiết bị sản xuất khí và máy phát điện hoặc thiết bị sản xuất phân bón.
Chính phủ Việt Nam đang khuyến khích các công ty tư nhân Việt Nam và các công ty nước ngoài đầu tư vào năng lượng tái tạo, bao gồm: khí sinh học và năng lượng sinh khối. Ví dụ, Chính phủ có tham vọng để gia tăng sự đóng góp từ năng lượng tái tạo cho phát điện (từ 3,5% năm 2010 tới 4,5% vào năm 2020 và tới 6% vào năm 2030) cũng như gia tăng tái chế chất thải. Trong năm 2011, Chính phủ
thiết lập các mục tiêu 85% rác thải sinh hoạt đô thị phải được thu gom, trong đó 60% sẽ được tái chế; 40% rác thải sinh hoạt nông thôn phải được thu gom với 50%
được tái chế trong giai đoạn 2011-2015 và 95% rác thải đô thị được thu gom, trong đó 85% sẽ được tái chế và 70% rác thải sinh hoạt nông thôn cũng được thu gom.
Trong giai đoạn 2016-2020 sẽ có cơ bản được chế biến.
Hiện nay nhiều công ty tại Việt Nam đang muốn trở thành người tiên phong trong việc sử dụng năng lượng xanh cho sản xuất cũng như tìm kiếm các nguồn năng lượng khác nhau nhằm làm giảm chi phí của điện năng truyền thống trong quá trình sản xuất. Hy vọng sau khi việc chống dịch bệnh cho đàn gia súc thành công, chăn nuôi phục hồi tốt và khi ấy biogas sẽ vào bệ phóng phát triển.
2.4.2.3. Kinh nghiệm trong phát triển biogas tại một số địa phương
Long Phú - Sóc Trăng
Được sự hỗ trợ của tổ chức Actionaid (AAV) về chương trình nuôi heo kết hợp làm túi ủ biogas thí điểm tại huyện Long Phú, Ban quản lý dự án kết hợp với trường cao đẳng cộng đồng Sóc Trăng tổ chức hội thảo chia sẻ lợi ích của việc chăn nuôi heo kết hợp với mô hình biogas và hỗ trợ kỹ thuật hướng dẫn người dân thực hiện mô hình tại gia đình.
Anh Hồng Thanh Tâm - cán bộ Dự án AAV huyện Long Phú cho biết:
Sau khi hỗ trợ một số hộ dân chăn nuôi xây dựng hệ thống biogas thông qua hình thức vốn quay vòng với mức chi phí thấp tương đương 1,5 triệu đồng để trang bị túi ủ. Kết quả bước đầu, 15 thành viên là nữ chủ hộ ở Tổ hợp tác chăn nuôi heo
"Mai Vàng", có điều kiện làm túi ủ biogas để xử lý các chất thải trong chăn nuôi, biến chúng thành khí gas phục vụ đun nấu cho gia đình, mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Phân chuồng được thu gom và dùng cho việc tạo khí đốt giúp làm giảm ô nhiễm môi trường nước và không khí. Các chất thải chăn nuôi được thu gom vào túi ủ sau thời gian phân hủy tạo khí đốt phục vụ cho sinh hoạt gia đình;
đồng thời hạn chế một số bệnh như sốt xuất huyết, các bệnh về đường hô hấp, bệnh ngoài da...Lợi ích thu được còn góp phần giảm chi phí tăng thu nhập cho gia đình; Tận dụng chất đốt từ biogas, mỗi năm các hộ tiết kiệm trung bình khoảng 1.5 triệu tiền vốn để mua gas hay củi đun nấu. Số tiền tiết kiệm được lại dùng để mở rộng chăn nuôi sản xuất, giúp hộ tăng thu nhập. Ngoài ra, khi làm biogas, mối quan hệ hàng xóm thắt chặt hơn do giảm những mâu thuẫn vì ô nhiễm gây ra. Sự thành công trong phát triển biogas ở Sóc Trăng là kết quả của sự phối hợp giữa nhà quản lý, nhà khoa học và người dân được hưởng lợi.
Ninh Bình
Theo ông Ngô Tiến Giang, Giám đốc Trung tâm Khuyến nông Ninh Bình cho biết: Chương trình xây dựng bể biogas trong chăn nuôi đã trở thành phong trào ở tỉnh Ninh Bình. Từ 2 mô hình bể biogas do Trung tâm Khuyến nông Ninh Bình triển khai năm 1998, đến nay toàn tỉnh đã nhân rộng ra trên 4.000 hộ xây dựng công trình sử dụng khí sinh học, chiếm khoảng 60% số hộ chăn nuôi toàn tỉnh. Đa phần hộ chăn nuôi quy mô nhỏ đều xây biogas khoảng 6 - 7 khối, tận dụng khí thải nuôi từ 15 - 20 con lợn, chỉ sau một năm có thể thu hồi được vốn.
Sử dụng biogas giúp cải thiện môi trường không bị ô nhiễm, gia súc gia cầm ít dịch bệnh. Đặc biệt là giảm sức lao động cho người dân nông thôn.
Bình Định
Theo ông Đào Văn Hùng - Giám đốc Ban Quản lý Dự án Hỗ trợ nông nghiệp: Những năm qua trên địa bàn tỉnh Bình Định có một số chương trình của ngành nông nghiệp, khoa học công nghê, môi trường hỗ trợ xây lắp hầm biogas cho vùng nông thôn để giảm thiểu ô nhiễm trong chăn nuôi. Chỉ tính khoảng 5 năm trở lại đây, Chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam do Tổ chức phát triển Hà Lan tài trợ đã giúp cho Bình Định phát triển được trên 2000 công trình biogas, chưa kể số công trình do người dân tự xây dựng do nhận thức được vai trò của biogas. Có được thành công như vậy là nhờ cách tổ chức triển khai sáng tạo của các cơ quan chính quyền, có sự đầu tư từ khâu tuyên truyền tới giúp người dân xây dựng biogas. Cụ thể, hàng năm tỉnh và các huyện có kinh phí đối ứng lên đến 400 triệu chi cho công tác quản lý, tập huấn kĩ thuật, tuyên truyền quảng bá về công nghệ khí sinh học và lợi ích mà nó mang lại. Bên cạnh đó, mỗi huyện, thành phố chủ trương thành lập 12 đội thợ chuyên xây lắp hầm biogas. Đội này được tập huấn kĩ thuật, xây dựng nhiều nên rất có kinh nghiệm.
Ngoài xây dựng cho các chương trình dự án, đội còn làm dịch vụ xây hầm biogas cho người dân có nhu cầu. Do đó, công nghệ khí sinh học tại Bình Định ngày càng được nhân rộng và phát huy được hiệu quả, cung cấp năng lượng cho người dân, giảm được tệ nạn phá rừng ở nông thôn, miền núi, giảm được ô nhiễm xóm làng, giúp người dân tiết kiệm tiền mua chất đốt.