2.3 Cơ sở thực tiễn của đề tài
2.3.2 Hiện trạng xử lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ Biogas ở việt nam Công nghệ khí sinh học đã được dụng ở Việt Nam từ năm 1960. Lịch sử phát triển ở Việt Nam có thể chia làm 5 thời kỳ
- Giai đoạn 1960- 1975:
Năm 1960 nhà xuất bản Bộ Công Nghiệp đã xuất bản tài liệu “ cách sinh ra hơi metan nhân tạo và lấy hơi metan thiên nhiên” của Trung Quốc được dịch ra tiếng Việt. Năm 1964 tỉnh Bắc Thái đã xây dựng “ Xưởng phát
điện metan” đầu tiên của Việt Nam. Tuy nhiên sau một thời gian ngắn đã bị bỏ không sử dụng.
Tới cuối những năm 1960 và đầu những năm 1970 công nghệ KSH gần như bị lãng quên,
- Giai đoạn 1976-1980:
Sau khi đất nước thống nhất (1975), trước nhu cầu phát triển kinh tế xã hội và do cuộc khủng hoảng dầu mỏ, các dạng năng lượng mới ( NLM), năng lượng tái tạo (TT) nói chung trong đó có KSH nói riêng lại được chú ý tới
Năm 1976, Phân viện Năng lượng thuộc bộ Điện và Than đã soạn thảo
“Đề án sử dụng khí sinh vật ở Việt nam”. Năm 1977, Bộ Điện và Than giao cho Viện Quy hoạch và Thiết kế Điện chủ trì đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng hầm ủ lên men sinh khí Metan”. Từ đó vấn đề KSH chính thức được đưa vào thành các đề tài nghiên cứu Nhà nước.
Viện Nông hoá thổ nhưỡng (Bộ Nông nghiệp) đã xây dựng một công trình thí điểm ở trại Nông hoá thổ nhưỡng Cầu Diễn (Từ Liêm, Hà Nội) với sự giúp đỡ của chuyên gia FAO nhưng không thu được kết quả.
Tháng 12/1979 Uỷ ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước đã tổ chức
“Hội nghị chuyên đề về bể khí sinh vật” tại Hà nội để sơ kết kinh nghiệm về thiết kế, xây dựng và vận hành.
- Giai đoạn 1981-1990:
Trong hai kế hoạch 5 năm 1981-1985 và 1986-1990 CNKSH đã trở thành một trong những lĩnh vực ưu tiên trong Chương trình nghiên cứu nhà nước về Năng lượng mới mang mã số 10C do Bộ Điện lực chủ trì.
Ngoài chương trình Năng lượng mới, Bộ Y tế cũng đã thực hiện một số dự án ứng dụng KSH với mục tiêu vệ sinh môi trường.
Lĩnh vực CNKSH ở Việt Nam cũng đã thu hút được sự giúp đỡ và hợp tác của nhiều tổ chức nước ngoài như Viện Sinh lý Sinh hoá Vi sinh vật của
Liên xô, Tổ chức OXFAM của Anh, UNICEF của Liên hợp quốc, ACCT của các nước sử dụng tiếng Pháp, tổ chức SIDA của Thuỵ Điển...
Tháng 3 năm 1989, Chương trình 52C tổ chức Hội thảo quốc gia lần thứ nhất về KSH với sự tham gia của hầu hết những người làm công tác nghiên cứu và triển khai trong toàn quốc.
Cho tới 1990 đa số các tỉnh trong toàn quốc đã có những công trình KSH được xây dựng Phát triển mạnh mẽ. Tính chung trong toàn quốc có khoảng trên 2000 công trình, chủ yếu thuộc loại nắp nổi. Phần lớn là công trình cỡ gia đình với thể tích phân giải từ 2 m3 tới 10 m3. Cá biệt có công trình có thể tích phân giải tới 200 m3(Đồng Nai).
-Giai đoạn 1991-2002:
Sau khi kết thúc kế hoạch năm năm 1986-1990, chương trình 52C giải thể. Hoạt động chủ yếu là triển khai ứng dụng dưới hình thức các dự án do nhiều tổ chức thực hiện tuỳ theo mục tiêu và nguồn kinh phí có được.
Từ năm 1993 trở đi, công nghệ được phát triển trong khuôn khổ các dự án về vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát triển nông thôn với nhiều kiểu thiết bị KSH mới. Thiết bị dạng túi chất dẻo PE theo mẫu của Cô-lôm-bi-a, được phát triển nhờ dự án SAREC - S2 - VIE22 do viện Chăn nuôi, Hội làm vườn trung ương (VACVINA), Cục Khuyến nông và Khuyến lâm và Đại học Nông - Lâm TP. Hồ Chí Minh triển khai.
Dự án điểm của chương trình "Chương trình vệ sinh chăn nuôi xử lý chất thải bằng hầm ủ bioga" ở huyện Đan Phượng tỉnh Hà tây đã thành công với khoảng 3000 công trình được xây dựng.
Nhiều Sở KHCN&MT hoặc Sở Công nghiệp cũng tự nghiên cứu và đưa ra những kiểu riêng như Phú thọ, Quảng trị, Thừa Thiên - Huế, Tiền Giang..
Đại học Nông - Lâm TP. Hồ Chí Minh tiếp tục phát triển kiểu túi ni lông. Đại học Cần Thơ phát triển thiết bị nắp cố định vòm cầu kiểu của Dự án hợp tác Thái Lan và Đức.
Đội thợ tư nhân Đồng Nai, Dự án Năng lượng tái tạo Bắc Trung bộ (RENC) phát triển kiểu thiết bị nắp cố định của Đồng Nai.
Tóm lại trong giai đoạn này do không có tổ chức đầu mối quốc gia nên tình trạng phát triển KSH rất đa dạng. Để đưa tình trạng phát triển bắt đầu vào tiêu chuẩn, Bộ Nông nghiệp và PTNT đã ban hành Tiêu chuẩn ngành về Công trình Khí sinh học nhỏ (3/2002).
- Giai đoạn 2003 - nay:
Đây là thời kỳ CNKSH được phát triển mạnh mẽ nhất trong tất cả các lĩnh vực ứng dụng: nông nghiệp, công nghiệp và đô thị với quy mô từ nhỏ (gia đình) tới lớn (trang trại, nhà máy). (Nguyễn Quang Khải)4
2.3.3 Tình hình nghiên cứu và xử lý chất thải chăn nuôi tại Thái Nguyên Tại Thái Nguyên, theo kết quả tổng điều tra cho thấy số lượng gia súc và gia cầm của tỉnh mỗi năm thải ra khoảng trên 815 nghìn tấn chất thải rắn và khoảng 5 triệu khối chất thải lỏng mỗi năm. Trong đó khoảng 40% chất thải này được xử lý bằng phương pháp ủ để làm phân bón hữu cơ Trước khi bón ruộng và khoảng 60% chất thải được sử dụng trực tiếp thông qua xử lý như bón rau bằng phân tươi, cho cá ăn, nước tưới cho rau màu.
Khoa môi trường – đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã nghiên cứu ứng dụng thành công đệm lót sinh học bằng chế phẩm EM áp dụng tại nhiều địa phương như: Thái Nguyên, Bắc Giang,…. Nhiều tỉnh và các doanh nghiệp trong thời gian qua đã hợp tác với khoa để áp dụng sản phẩm và quy trình này vào giải quyết các vấn đề thực tiễn. Trong buổi làm việc với các đồng chí cán bộ sở khoa học và công nghệ Vĩnh Phúc, công ty cổ phần và sản xuất thương
mại, VMC Việt Nam vừa qua đã đánh giá cao về sản phẩm này và nhất trí với hợp áp dụng tại địa phương.
Tỉnh Thái Nguyên cũng đang đẩy mạnh việc ứng dụng các thành tựu về công nghệ phát triển hầm khí sinh học và cuộc sống dân sinh và đặc biệt đối với khu vực nông thôn. Từ năm 1998 đến nay bên cạnh việc đẩy mạnh công tác thông tin, giáo dục, truyền thông, vì việc sử dụng khí sinh học, chương trình phát triển hầm khí sinh học đã đầu tư xây dựng trên 500 thí điểm cho các hộ dân bằng sự tài trợ một phần từ ngân sách sự nghiệp khoa học của tỉnh. Sự thành công của mô hình đã thúc đẩy nhanh việc mở rộng xây dựng các loại hầm khí sinh học trong dân cư.
PHẦN3
ĐỐI TƯỢNG,NỘIDUNGVÀPHƯƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
3.1 Đối tượng và pham vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Chất thải chăn nuôi lợn
- Phạm vi nghiên cứu: trang trại chăn nuôi Long Cương xã Lương Phú huyện Phú Bình Thành Phố Thái Nguyên
3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu của đề tài: trang trại chăn nuôi lợn Long Cương xã Lương Phú huyện Phú Bình Tỉnh Thái nguyên.
- Thời gian nghiên cứu: Đề tài này được thực hiện từ ngày 01/01/2018 đến ngày 30/04/2018.
3.3 Nội dung nghiên cứu
3.3.1 Giới thiệu về trang trại chăn nuôi lợn Long Cương tại xã Lương Phú, huyện Phú Bình Tỉnh Thái nguyên.
- Vị trí địa lý trang trại
- Quy mô cơ cấu trang trại chăn nuôi Long Cương - Hiện sử dụng hầm bioga tại trang trại
3.3.2 Đánh giá hiệu quả hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi lợn tai trang trại Long Cương xã Lương Phú, huyện Phú Bình, Tỉnh Thái Nguyên 3.3.3. Đề xuất một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ Biogas tại trang trại chăn nuôi lơn Long Cương xã Lương Phú, huyện Phú Bình, tỉnh Thái Nguyên
3.4 Phương pháp nghiên cứu
3.4.1 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
- Thu thập những số liệu, tài liệu có sẵn về trang trại chăn nuôi lợn Long Cương xã Lương Phú huyện Phú Bình, Tỉnh Thái Nguyên.
- Thu Thập các tài liệu liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các số liệu có sẵn tại khu vực thực hiện tham khảo các tài liệu sách báo các nghiên cứu khoa học
- Điều tra kết hợp theo dõi tình hình sử dụng hầm biogas 3.4.2. Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu
- Vị trí lấy mẫu : Nước thải chăn nuôi lợn trước và sau khi xử lý qua hầm Biogas của trang trại chăn nuôi Long Cương xã Lương Phú, huyện Phú Bình, Tỉnh Thái Nguyên.
STT Vị Trí lấy mẫu Kí Hiệu Số Lượng Mẫu 1 Nước thải trước Khi xử lý
qua hầm Biogas
M1 1
2 Nước thải sau Khi xử lý qua hầm Biogas
M2 1
- Dụng cụ lấy mẫu
+ Dùng chai đựng mẫu bằng thủy tinh hoặc polime
+ Chai có nút đậy, được rửa sạch và dùng nước cất để tráng + Găng tay, phích đá
- Phương pháp lấy mẫu
+ Tiến hành lấy mẫu tại các vị trí, thời điểm khác nhau. Các mẫu lấy đều được bảo quản và vận chuyển không quá 2h ngoài thực địa, sau đó được đem về phòng thí nghiệm đại học Nông Lâm Thái Nguyên để tiến hành xác định hàm lượng các chất ô nhiễm.
+ Tại cửa vào và ra của hệ thống xử lý biogas: Lấy 2 mẫu tại trang trại - Các chỉ tiêu và phương pháp thử nghiệm:
* Cách xác định nhiệt độ, pH, TDS: Bằng máy đo đa chỉ tiêu
* Cách xác định màu sắc, mùi: quan sát, ngửi
* Cách xác định Nitơ tổng số theo Kjendhal:
Bảng 3.1 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích
STT Chỉ tiêu phân tích Phương pháp phân tích
1 Màu sắc Cảm quan
2 Mùi Cảm quan
3 TSS TCVN 6625: 2000
4 COD TCVN 4565: 1988
5 BOD TCVN 6001: 2008
6 T-P TCVN 6202: 2005
7 T-N TCVN 5887: 1995
8 t° Máy đo chỉ tiêu
9 pH Máy đo chỉ tiêu
3.4.3 Phương pháp xử lý và thống kê số liệu, tổng hợp viết báo cáo
Các số liệu thu thập được từ các tài liệu, trong quá trình điều tra, khảo sát được tổng hợp lại và tính toán, xử lý, thống kê bằng phương pháp thủ công và trên máy vi tính bằng các phần mềm chuyên dụng tạo các số liệu phục vụ cho việc nghiên cứu và đánh giá.
PHẦN 4
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
4.1 Giới thiệu khái quát về trang trại chăn nuôi Long Cương tại xã Lương Phú – huyện Phú Bình – Thành Phố Thái nguyên
4.1.1 Vị trí địa lý trang trại Long Cương
Trang trại chăn nuôi Long Cương thuộc xóm Việt Ninh, xã Lương Phú, huyện Phú Bình, Tỉnh Thái Nguyên Phía tây giáp với xã Kha Sơ, phía đông gần với UBND xã Lương Phú
Hình 4.1 Vị Trí trang trại Long Cương
4.1.2 Giới thiệu chung về quy mô cơ cấu đất đai trang trại chăn nuôi Long Cương Hiện nay trang trại chăn nuôi Long Cương có diện tích hơn 2 ha, với 3 dãy chuồng lạnh chăn nuôi 7.000 gà mái đẻ, 8.000 gà mái hậu bị; sở hữu 7 máy ấp trứng công suất mỗi máy 16.000 quả trứng/mẻ; cùng với 5 dãy chuồng lợn nuôi 200 lợn nái ngoại sinh sản và 550 lợn thịt.
Từ thành công nuôi gà đẻ trứng, đầu năm 2015 trang trại tiếp tục đầu tư nuôi lợn nái ngoại theo quy mô công nghiệp hiện đại. Chọn nuôi lợn giống của công ty GreenFeed và CP, là các công ty có nguồn lợn giống chất lượng tốt và an toàn dịch bệnh. Chuồng trại được thiết kế theo từng khu riêng biệt nhưng liên hoàn gồm các dãy chuồng nuôi lợn nái chờ phối và nái chửa - nái đẻ - lợn con sau cai sữa - lợn hậu bị và lợn thịt. Đồng thời xây hầm biogas xử lý chất thải chăn nuôi. Phương pháp thụ tinh nhân tạo cũng được áp dụng cho chăn nuôi lợn sinh sản.
Trang trại cung cấp gà giống (gà lai mía, gà lai chọi), lợn giống, đại lý thức ăn chăn nuôi cho các hộ, trang trại, gia trại chăn nuôi trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, Bắc Giang…; đồng thời cung cấp lợn thịt cho thị trường. Năm 2015 tổng doanh thu toàn trang trại đạt trên 13 tỷ đồng, lợi nhuận trên 2,6 tỷ đồng; dự kiến năm 2016 trang trại thu lãi trên 3 tỷ đồng.
Không chỉ làm giàu cho gia đình, trang trại chăn nuôi Long Cương còn tạo việc làm ổn định cho 10 lao động thường xuyên có thu nhập ổn định và 25 lao động thời vụ với mức lương trung bình 5 triệu đồng/tháng. Bên cạnh phát triển kinh tế gia đình thì Trang trại còn giúp nhiều hộ chăn nuôi địa phương về giống lợn, gà, thức ăn chăn nuôi; đồng thời thường xuyên tư vấn, hướng dẫn phổ biến kỹ thuật, kinh nghiệm chăn nuôi cho hàng trăm lượt hộ nông dân ở địa phương. Trực tiếp nhận hỗ trợ, giúp đỡ cho 20 hộ gia đình hội viên nông dân nghèo để phát triển kinh tế; đến nay 11 hộ nông dân đã thoát nghèo.
4.1.3 Hiện trạng sử dụng hầm Biogas trong xử lý chất thải chăn nuôi của Trang trại Long cương xã Lương Phú, huyện Phú Bình, Tỉnh Thái Nguyên.
4.1.3.1 Loại hầm ủ Biogas được sử dụng ở trang trại
Qua khảo sát cho thấy, trang trại đã lắp đặt hầm ủ Biogas xử dụng loại hầm ủ đó là: Hầm ủ Biogas nắp vòm cố định.
Cấu tạo của hầm ủ Biogas
- Về mặt cấu tạo bể bao gồm 3 bộ phận chính là bể phân giải, bộ phận chứa khí và bộ phận điều áp. Cả ba bộ phận này đều được kết hợp nằm trong một khối. Cả khối được chôn chìm dưới mặt đất.
- Thiết kế của thiết bị compozite gồm những bộ phận sau:
+ Bể phân giải: Là nơi chứa nguyên liệu đảm bảo những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân hủy kỵ khí sinh ra. Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị.
- Ngăn chứa khí: khí sinh ra từ bể phân giải được thu và chứa ở đây.
Yêu cầu cơ bản là phải kín khí.
- Của nạp nguyên liệu (ống lối vào): là nơi nạp nguyên liệu bổ sung vào bộ phận phân hủy.
- Của xả (ống lối ra): nguyên liệu sau khi phân hủy được lấy ra đáy để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
- Ống dẫn khí: khí được tách ra từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên liệu nạp được nạp vào bể phân giải qua của nạp nguyên liệu vào cho đến khi ngập mép dưới cửa cửa, cửa nạp nguyên liệu và cửa xả khoảng 60 cm. Lúc này áp suất khí trong bể phân giải bằng (P=0). Khí sinh ra được tích tụ trong ngăn chứa khí sinh ra áp suất đẩy dịch phân giải dâng lên theo của nạp nguyên liệu/của xả và ngăn chứa khí tạo nên áp suất trong bể đẩy khí sinh ra và ống thu khí và đường ống dẫn khí đến nơi sử dụng. Khí được sử dụng để đun nấu, thắp sáng, bình nước tắm nóng lạnh tự động, máy phát điện…Khí được sử dụng hết, áp suất trong ngăn chứa khí bằng 0, thiết bị trở về trạng thái ban đầu. Vì cửa nạp nguyên liệu đã được bịt kín nên ở trạng thái Pmax, dịch phân giải chỉ được đẩy ra theo cửa xả. Trong quá trình hoạt động, bề mặt của dich phân giải luôn luôn lên xuống làm cho tiết diện luôn
luôn thay đổi trong ngày do vậy có tác dụng phá váng. Năng suất khí m3 khí/m3 phân giải/ngày 0,32 lượng khí đủ dùng. Sản lượng khí trung bình đạt 2,24m3/ngày. Từ 10kg phân lợn trở lên hàng ngày có thể sản xuất được 400- 500 lít khí, đủ để cung cấp nhiên liệu cho gia đình 04 người sử dụng, đối với chiếu sáng có thể đạt độ sáng tương đương đèn sợi tóc 60w…
Một số ưu điểm của bể xây bằng gạch - Đảm bảo an toàn, phòng, chống cháy nổ.
- Có thể xây dựng dưới nền chuồng nuôi, diện tích mặt bằng phu hợp.
Không tốn diện tích do tất cả các phần đều được đặt ngầm dưới đất.
- Vận hành đơn giản, thời gian sử dụng 10 đến 15 năm và chi phí xây dựng hầm tốn khoảng 10 triệu đồng.
4.1.3.2 Những khó khăn và thuận lợi khi lắp đặt hầm ủ Biogas
Lợi ích của Biogas
Việc sản xuất Biogas tạo ra rất nhiều thuận lợi cho người dân nhất là nông dân đang hoạt động trong lĩnh vực chăn nuôi, giải quyết được vấn đề năng lượng cho địa phương và ngay cả trên phương diện quốc gia. Hai lĩnh vực môi trường và kinh tế có nhiều lợi ích nhất từ Biogas.
- Về lợi ích môi trường: khí methane sinh học (biomethane) là một loại năng lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay. Methane là khí tạo ra hiệu ứng nhà kính cao gấp 21 lần khí cacbonic. Nếu methane không được thu hồi từ các khí bãi rác, chất thải, phế thải…sẽ là một nguồn ô nhiễm đến hiệu ứng nhà kính lớn nhất.
Môi trường không còn mùi hôi thối, ruồi nhặng. Giảm lượng khí CO2
thải ra môi trường do quá trình phân hủy chất thải của động vật. Theo ước tính của Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí cacbonic hàng năm.