Ứng dụng của vi sinh vật công nghệ Biogas

Bài tiêu luận: VI SINH VẬT TRONG XỬ LÍ PHẾ THẢI CHĂN NUÔI CÔNG NGHỆ KHÍ BIOGAS Chương I : ĐẶT VẤN ĐỀ Những năm gần đây, phong trào chăn nuôi phát triển rộng khắp các tỉnh thành trong cả nước, nhiều gia đình đầu tư với qui mô lớn để chăn nuôi lợn, trâu bò và gia cầm. Cho nên trong những năm qua, nhà nước đã đưa ra nhiều chủ trương chính sách hỗ trợ, đầu tư nhằm đẩy mạnh phát triển chăn nuôi, coi đây là mũi nhọn, là khâu đột phá nhằm đưa chăn nuôi trở thành nghành sản xuất chính theo hướng sản xuất hàng hoá và bền vững. Vì vậy mà số lượng, chất lượng cũng như hiệu quả kinh tế của đàn vật nuôi đã có những cải thiện đáng kể. Nhưng đồng hành cùng sự phát triển đó cũng đặt ra cho Ngành những thách thức rất lớn đòi hỏi các nhà quản lí, chuyên môn phải đưa những giải pháp, mục tiêu phù hợp và xây dựng các chương trình hành động cụ thể thì mới thật sự giúp cho chăn nuôi phát triển bền vững được. Theo số liệu của Cục Chăn nuôi, hiện cả nước có khoảng 220 triệu con gia cầm, 8,5 triệu con bò, 27 triệu con heo. Mỗi năm, ngành chăn nuôi thải ra môi trường trên 73 triệu tấn chất thải rắn và 30 triệu khối chất thải lỏng, trong đó có khoảng 50% chất thải rắn và 80% chất thải lỏng được xả thẳng ra tự nhiên hoặc không thông qua xử lý, từ đó đã gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Do vậy, khắc phục vấn để ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi nói chung và nuôi heo nói riêng, các nhà chuyên môn đã chú trọng đến vấn đề xử lý phân và chất thải. Trong đó, giải pháp xây dựng hầm biogas được xem là thiết thực và hiệu quả để phát triển chăn nuôi bền vững. Trong thực tế, các bể Biogas đã có mặt tại Việt Nam từ năm 1960 và nhất là sau năm 1975 đã được nhiều cơ quan nghiên cứu, triển khai. Tuy nhiên phải đến năm 2002 với sự hỗ trợ kinh phí từ phía Chính phủ Hà Lan việc triển khai mới được thực hiện với tốc độ nhanh chóng, từ năm 2003 đến cuối năm 2007 đã xây dựng và đưa vào sử dụng được 27000 bể tại 24 tỉnh, thành phố. Việc ứng dụng và phát triển chương trình khí sinh học trong chăn nuôi là rất cần thiết, có một ý nghĩa kinh tế - xã hội và môi trường rất lớn, không những giúp cho nông dân xử lí được nguồn chất thải trong chăn nuôi, nông nghiệp, hộ gia đình để tạo ra nguồn năng lượng sạch và rẻ tiền phục vụ cho sinh hoạt hằng ngày, góp phần bảo vệ sức khoẻ, giảm sức lao động cho phụ nữ và trẻ em. Đồng thời, giúp hạn chế nạn phá rừng và giảm lượng phát thải khí nhà kính. Ngoài ra, còn tận dụng được phụ phẩm biogas chuyển thành các loại phân hữu cơ vừa có chất lượng cao vừa an toàn (không có mầm bệnh), lại không có mùi hôi thối, giàu dinh dưỡng cây trồng dễ hấp thu, dễ chuyển thành chất mùn làm cải thiện chất đất, hạn chế sử dụng phân bón hoá học, giảm chi phí trong sản xuất, giúp nâng cao năng suất chất lượng cây trồng, tăng hiệu quả kinh tế và thu nhập cho hộ gia đình. Chương II : CÔNG NGHỆ KHÍ BIOGAS I. Nguyên liệu: Là các phế liệu trong sản xuất nông, lâm nghiệp, và các hoạt động sống sản xuất và chế biến nông lâm sản. Hoặc phân gia súc là nguồn nguyên liệu chủ yếu hiện nay trong các hầm biogas của nước ta. Khả năng cho phân và thành phần hoá học của phân gia súc, gia cầm Vật nuôi  Khả năng cho phân hằng ngày của 500kg Vật nuôi  Thành phần hoá học (% khối lượng phân tươi)    Thể tích (m3)  Trọng lượng tươi (kg)  Chất tan dễ tiêu  Nitơ  Photpho  Tỷ lệ C/N   Bò sữa Bò thịt Lợn Trâu Gia cầm  0,038 0,038 0,028 ------ 0,028  38,5 41,7 28,4 6,78 31,3  7,98 9,33 7,02 10,2 16,8  0,38 0,70 0,83 0,31 1,20  0,10 0,20 0,47 ------ 1.20  20-25 20-25 20-25 ----- 7-15   *Xử lí nguyên liệu: Nguyên liệu dùng để lên men tạo khí sinh học rất phong phú, đa dạng và trước khi sử dụng cần phải chọn lọc kỹ, xủ lí sao cho phù hợp với yêu cầu và chất lượng: Giàu cellulose, ít ligin, NH4+ ban đầu khoảng 2000mg/l, tỉ lệ cacbon/nitơ: 20/30, nguyên liệu phải được hoà tan trong nước… Ảnh hưởng của các loại phân đến sản phẩm và thành phần của khí thu được: Nguyên liệu  Sản lượng khí m3/kg phân khô  Hàm lượng CH4 (%)  Thời gian lên men (ngày)   Phân bò Phân gia cầm Phân gà Phân heo Phân người  1,11 0,56 0,31 1,02 0,38  57 69 60 68 -----  10 9 30 20 21   Pha chế nguyên liệu và hỗn hợp khí sau khi lên men ở 21oC. Nguyên liệu  Sản lượng khí m3/kg nguyên liệu  Thành phần sau 21 ngày (%)    24 ngày  80 ngày  CH4  H2  CO2   Phân bò Phân bò + 0,4% bã mía Phân bò + 1% tro bếp Phân bò + 1% cellulose Phân bò + 0,4% bã mía + 1% ure Phân bò + 1% lá tạp (1,7N)  0,063 0,071 0,061 0,084 0.081 0,081  0,21 0,21 0,19 0,21 0,26 0,22  60,0 57,6 60,4 52,8 68,0 68,0  1,1 2,1 2,9 ----- ----- -----  34,4 38,4 34,4 44,0 30,6 -----   II. Khái niệm : Biogas hay khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân huỷ những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí). Thành phần chính của Biogas la CH4 (50-60%) và CO2 (30-40%), còn lại là các chất khác như : hơi nước, N2, O2, H2S, CO...được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20-40oC. III: Các vi sinh vật trong bể Biogas: Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tuỳ thuộc loại phân bón sử dụng, và điều kiện nhiệt độ. Có hai nhóm vi khuẩn tham gia trong bể Biogas là: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí methane. *Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzyme cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết là các trực trùng, có bào tử (spore). Theo A.R.Prevot, chúng có mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosponus. Chúng biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như: Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Các chất này đều dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí methane. Hình ảnh vi khuẩn trong họ Clostridium.

Hình ảnh vi khuẩn Bacillus cereus

Vi khuẩn và sản phẩm tạo ra: Vi khuẩn  Sản phẩm acid tạo được   Clostridium carnefectium Clostridium cellobinharus Clostridium dissolves Clostridium thermocellaseum Bacillus cereus Bacillus knolkampi Bacillus megaterium Bacterodies succigenes Pseudomonas Ruminococcus sp  A.formic, A.acetic A.lactic, Etanol, CO2 A.formic, A.acetic A.lactic, A.sucinic, Etanol A.acetic, A.lactic A.acetic, A.lactic A.acetic, A.lactic A.acetic, A.sucinic A.formic, A.acetic, A.lactic, A.sucinic, Etanol A.formic, A.acetic, A.sucinic   *Nhóm vi khuẩn sinh khí methane: Nhóm này rất chuyên biệt và được nghiên cứu kĩ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành 3 bộ (Order), 4 họ (Family), 17 loài (Genus). Các vi khuẩn này đều có hai coenzyme đặc thù là: Coenzyme M (2.mercaptoethan – sulfonic - acid) và coenzyme F420 (Một loại flavin mononucleotide). Hai coenzyme này đều là reductase, nghĩa là chúng tải electron từ những chất cho electron đến một chất khác để khử hoà chất đó. Mỗi loài vi khuẩn sinh khí methane chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định, do đó việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn sinh khí methane. Có như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để. Điều kiện cho các vi khuẩn sinh khí methane phát triển mạnh là phải có lượng CO2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5mg/g bùn lắng), tỉ lệ C/N=1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonat amon, clorua amon. Trong quá trình lên men kỵ khí các loài vi sinh vật gây bệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi khí , tác động canh tranh dinh dưỡng,…Mức độ tiêu diệt của các vi sinh vật trong quá trình kỵ khí từ 80-100%. (đối với Myobacterium, thời gian lưu trong bể Biogas là từ 6-20 ngày). Vi khuẩn và sản phẩm: Vi khuẩn  Sản phẩm cơ chất   Methanobacterium omelianskii Methanopropionicum Methanoformicum Methanosochngenii Methanosuboxydans Methanosarcina barkerni Methanococcusvanirielli Methanorumin anticum Methanococcusmazei Methanosarcinamethanica  CO2, H2, rượu bậc I, rượu bậc II A.propionic H2,CO2, A.formic A.acetic A.butyric, A.valeric, A.capropionic CO2, H2, A.acetic, Metanol H2, A.formic H2, A.formic A.acetic, A.butyric A.acetic, Abutyric   III. Quá trình tạo khí sinh học trong bể Biogas: Sự tạo thành khí sinh học là một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều phản ứng, cuối cùng tạo ra khí CH4 , CO2 và một số chất khác. Quá trình được thực hiện theo nguyên tắc phân huỷ kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí đã phân huỷ từ những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, một lượng đáng kể chuyển thành khí và dạng chất hoà tan. Sự phân huỷ kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với sự tham gia của các chủng loại vi sinh vật đa dạng. Đó là sự phân huỷ protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glycerin, acid béo, acid béo bay hơi, methylamin, cùng các chất độc hại như: Tomain (Độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như: Indol, Scatol. Và cuối cùng là liên kết cao phân tử mà nó không phân huỷ được dễ dàng bởi vi khuẩn yếm khí như: lignin, cellulose. Qúa trình tạo khí sinh học có thể diễn ra theo con đường, mỗi con đường gồm hai giai đoạn: *Con đường thứ nhất: Giai đoạn 1: - Sự acid hoá cellulose: (C6H10O5)n + nH2O → 3nCH3COOH - Sự tạo muối: Các bazơ hiện diện trong môi trường (đặc biệt là NH4OH) sẽ kết hợp với acid bazơ. CH3COOH + NH4OH → CH3COONH4 + H2O Giai đoạn 2: - Lên men methane do sự thuỷ phân của muối hữu cơ. CH3COONH4 + H2O ↔ CH4 + CO2 + NH4OH *Con đường thứ hai: Giai đoạn 1: - Sự acid hoá: (C6H10O5)n + nH2O → 3nCH3COOH - Thuỷ phân acid tạo CO2 và H2: CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 4H2 Giai đoạn 2: - Methane được tổng hợp từ một số trực khuẩn khi sử dụng CO2 và H2. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O Giai đoạn một, có sự tham gia của nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose, các vi khuẩn này đều có enzyme cellulosase. Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các chất có trọng lượng thấp hơn acid hữu cơ, đường, glycerin…(gọi chung là hydratcacbon). Giai đoạn hai là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn sinh khí methane, để chuyển hầu như các chất hydratcacbon thành CH4 và CO2. Đầu tiên là sự tạo thành các acid hữu cơ nên PH giảm xuống rõ rệt. Các acid hữu cơ và hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân huỷ tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2, CH4. Các vi khuẩn sinh khí methane phát triển rất mạnh và chuyển hoá rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4. Vi sinh vật sinh methane theo nhiều cơ chế khác nhau như sau: 8H2 + 2HCO3- + 2H+ ↔ 2CH4 + 6H2O CH3CH2OH + CO2 ↔ CH3COO- + H+ + CH4 CH3CHOHCOO- + H2O → 2CH3COO- + CH4 + HCO3- 4CH3CH2OH + 3H2O ↔ 4CH3COO- + H+ + 3CH4 + HCO3- CH3CH2CH2COO- + 2H2O + HCO3- ↔ 4CH3COO- + H+ + CH4 CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3- 4HCOOH + H2O → CH4 + 3HCO3- + 3H+ Methanol: 4CH3OH → 3CH4 + HCO3- + H2O + H+ Methylamine thuỷ phân tạo methane: 4CH3NH3+ + 3H2O → 3CH4 + HCO3- + 4NH4+ + H+ 2(CH3)2NH2+ + 3H2O → 3CH4 + HCO3- + 2NH4+ + H+ 4(CH3)3NH+ + 9H2O → 9CH4 + 3HCO3- + 6NH4+ + H+. Như vậy, biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của enzyme cellulosase và nhóm vi khuẩn sinh khí methane, trong đó vai trò của enzyme cellulosase là phân huỷ các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờ nhóm vi khuẩn sinh khí methane tac dụng với nhau tạo thành khí methane có khả năng đốt cháy sinh năng lượng.
 IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo khí sinh học: *Điều kiện yếm khí Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí vi sinh vật trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxygen, nếu hầm ủ có oxygen thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn. *Nhiệt độ Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane: một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20 – 450C, và hai là thermophilic (nhiệt độ cao) trong vùng nhiệt trên 450C. Nhiệt độ tối ưu là 350C cho vùng thứ nhất và 550C cho vùng thứ hai. Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh khí. Vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, nhiệt độ thay đổi cho phép là 10C trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 100C làm vi khuẩn hoạt động kém và gas sẽ không được sinh ra hoặc rất ít. Tuy nhiên, là chúng vẫn hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tối ưu. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 320C là thuận lợi cho hoạt động của vi sinh, sinh khí methane. *PH PH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh. *Ẩm độ Ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh methane phát triển, ẩm độ lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lượng khí sinh ra thấp. *Thành phần dinh dưỡng Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải cấp là C và N; với carbon ở dạng là carbohydrate, còn nitơ ở dạng nitrate, protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải đảm bảo tỉ lệ tương ứng C/N. Tỉ lệ thích hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt động sống của vi sinh vật kỵ khí, trong đó C sẽ tạo năng lượng còn N sẽ tạo cơ cấu của tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ C/N 25/1 – 30/1 thì sự phân hủy kỵ khí xảy ra tốt. *Hàm lượng chất rắn Để hầm ủ hoạt động tốt thì hàm lượng chất rắn nên chiếm dưới 9%, hàm lượng này thay đổi theo mùa thường từ 7 – 9%. Ở Việt Nam, vào mùa khô, nhiệt độ cao khả năng sinh gas tốt thì hàm lượng chất rắn trong thiết bị khí sinh học giảm nên việc cung cấp chất rắn cao hơn có thể chấp nhận và ngược lại tỉ lệ chất rắn trong nước phân heo 6% là tối ưu nhất để sinh gas trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, với nhiệt độ trung bình 25 - 27oC. *Các chất độc gây trở ngại quá trình lên men Vi khuẩn sinh methane dễ bị ảnh hưởng các độc tố và các hợp chất hữu cơ. Theo nghiên cứu các chất sau đây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kỵ khí. *Hầm ủ Khả năng sinh gas từ hầm ủ biogas chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau: - Thể tích của hầm ủ biogas - Thể tích chất lỏng chứa bên trong hầm - Thời gian lưu lại của dịch phân - Từng loại phân khác nhau - Tỉ lệ phân nước dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy, ngược lại dịch phân quá đặc sẽ gây cứng hầm ủ và cản trở quá trình thoát khí. Ngoài ra yếu tố nhiệt độ, pH, số lượng vi sinh vật cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng tạo gas. Tỉ lệ phân nước theo một số tác giả đã điều tra biến thiên từ 1/12 – 1/4 -1/7 thì tỉ lệ phân nước là tốt nhất khi đó sự phân hủy trong hầm ủ rất tốt, dịch thải ra rất tốt có màu đen sậm. Khả năng sinh gas của một số loại phân Loài gia súc  Lượng gas từ phân (lít/kg/phân)  Lượng phân gia súc (kg/ngày)   Trâu bò  22-40  10-15   Heo  40-60  2,5-3,5   Gia cầm  60-115  0,07-0,09   Chương III: BỂ BIOGAS I. Hoạt động của bể Biogas: Bể Biogas hoạt động theo chu trình gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tích khí và giai đoạn sử dụng khí. Giai đoạn tích khí: lúc bắt đầu, áp suất khí bằng 0. khí bắt đầu sinh ra và tích lại ở phần trên của bể phân giải. Khối không khí được tích ngày càng nhiều và đẩy dịch phân giải dâng lên ở bể điều áp và ống lối vào. Bề mặt dịch phân giải trong bể phân giải dần hạ xuống còn bề mặt dịch trong bể điều áp tăng lên. Nếu khí không được sử dụng, dịch phân giải sẽ tiếp tục tăng và đến một lúc nào đó sẽ tràn khỏi bể điều áp qua đường xả tràn. Giai đoạn sử dụng khí: Khi khí được lấy đi sử dụng, bể mặt dịch ở bể điều áp giảm xuống và bề mặt dịch phân giải ở bể phân giải tăng dần lên. Khi độ chênh giữa 2 bề mặt dịch này bằng 0, thiết bị sẽ trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt động. II. Mô tả kĩ thuật Biogas: *Có hai loại hầm Biogas chính: Loại hầm gây men chất hưu cơ theo mẻ. Loại hầm gây men chất hữu cơ liên tục. 1. Loại hầm gây men hữu cơ theo mẻ.
 2. Loại hầm gây men hữu cơ liên tục.
*Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động.
*Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định
*Loại hầm sinh khí kiểu túi. III. Làm sạch khí Biogas: Chúng ta nên loại bỏ CO2 và H2S để đạt hiệu quả cao, và giảm độ ăn mòn thiết bị do H2S. - Loại trừ CO2: Vì CO2 có thể hoà tan trong nước do đó việc sục khí biogas qua nước được coi là phương pháp đơn giản nhất để loại bỏ CO2 . Ngoài ra CO2 còn bị hấp thu bởi những dung dịch kiềm, do đó ta cũng có thể dùng dung dịch NaOH, Ca(OH)2, KOH để loại bỏ CO2 . Các phương trình phản ứng như sau: 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (1) Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3 Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O Một kg nung hoà tan trong 1m3 nước đủ để loại bỏ 300L CO2. - Loại trừ H2S: Na2CO3 ở phương trình (1) có thể dùng để loại H2S trong biogas qua phản ứng sau: H2S + Na2CO3 → NaHS + NaHCO3 Một cách đơn giản khác là cho biogas đi qua mạt sắt trộn lẫn với dãn bào. Phản ứng loại H2S như sau: Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O Sau khi sử dụng oxit sắt được tái sinh bằng cách đem Fe2S3 phơi nắng: 2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3 + 6S - Loại trừ bùn trong bể phân huỷ . IV. Ưu và nhược điểm của phương pháp sản xuất Biogas: *Ưu điểm của phương pháp sản xuất Biogas Cung cấp năng lượng - Nấu nướng là công việc thường xuyên và không thiếu được đối với mọi gia đình sử dụng biogas có ưu thế hơn các loại chất đốt truyền thống (củi, vỏ hạt điều, than, vỏ trấu…) - Tạo nguồn nguyên liệu chạy máy phát điện. - Năng lượng: lửa đều, sinh nhiệt cao, nấu nướng nhanh chóng. - Vệ sinh: không làm cay mắt, hại phổi, các dụng cụ nấu nướng cũng như bộ phận nhà bếp đều sạch sẽ không tạo khói. - Tiết kiệm: tận dụng thời gian dành cho việc khác. Hạn chế ô nhiễm – bảo vệ môi trường Nước thải sau quá trình phân hủy trong công nghệ hầm ủ biogas sẽ giảm mùi hôi, không thấy ruồi nhặng đeo bám tiêu diệt mầm bệnh, nhất là ký sinh trùng và các bệnh lây lan khác.



*Nhược điểm của phương pháp này sản xuất Biogas: - Khó lấy đựơc chất thải sau khi lên men. - Là quá trình kỵ khí bắt buộc vì vậy việc thiết kế bể ủ rất phức tạp, vốn đầu tư lớn. - Gặp nhiều khó khăn trong khâu tuyển chọn nguyên liệu. V. Một số mô hình bể Biogas: 1. Bồn bể Biogas nhựa composite: Đây là loại bồn bể đúc sẵn, thuận lợi trong xây lắp, độ bền cao do chế tạo bằng vật liệu composite. Hiệu xuất sử lý cao, kín khí, cho thu được nhiều gas. Loại bể này phù hợp cả vùng đất lún, sình lầy. Từ trước tới nay, bà con nông dân thường sử dụng loại bể xây. Loại bể này sau một thời gian sử dụng dễ bị rò khí, lâu có gas, thường xảy ra hiện tượng kết váng. Ở những vùng đất sụt lún, nghiêng, gặp nước xây bể rất khó khăn, tốn kém kinh phí…Bồn bể bogas composite khắc phục được những nhược điểm này. Hiệu suất sinh khí của bồn bể Biogas composite cao gấp 1 - 1.5 lần so với bể xây gạch cùng thể tích, áp suất khí gas cho từ 12 KPa - 25 KPa. có khả năng chống kết váng, chuyển hoá lên men trong điều kiện yếm khí cao, nhiệt độ ổn định từ 28 0C - 40 0C, luôn duy trì được độ pH = 7.2 - 7.5. Sau những lần thử nghiệm thành công, Bà con nông dân nhiều tỉnh phía Bắc biết đến và đưa vào sử dụng cho hiệu quả cao. Theo lời họ, bồn bể Biogas composite có áp lực khí gas cao và tự động xả khí đẩy bã không cần van an toàn. Đặc biệt, trọng lượng của bể nhẹ dễ vận chuyển, phù hợp với nhiều địa hình vùng nông thôn và giá cả thấp hơn so với bể xây...Các thiết bị được bảo hành từ 1 – 2 năm. Bồn Bể biogas cải tiến xử lý phân vật nuôi bằng phương pháp lên men kị khí trong hầm biogas không những mang lại hiệu quả cao về kinh tế mà còn là giải pháp tối ưu trong việc xử lý phân bùn. Kết quả của việc ủ phân trong hầm Biogas (30 ngày) loại bỏ các trứng giun, sán và các bệnh ký sinh trùng khác. Quá trình lên men kị khí sẽ phân hủy hầu hết các chất hữu cơ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, hạn chế tối đa mùi hôi thối và tác động của chất thải chăn nuôi tới chất lượng nước ngầm, nước mặt...

2. Mô hình Biogas-Vacvina: So với hầm biogas dạng nắp vòm của Trung Quốc, của Viện Năng lượng và mô hình biogas sử dụng túi ủ bằng vật liệu Polyethylene/nylon của các nhà khoa học Côlômbia thì mô hình hầm biogas VACVINA cải tiến có nhiều ưu điểm nổi trội. Bể dễ xây dựng do có cấu trúc đơn giản, bà con có thể xây theo hình khối hộp chữ nhật, hình tròn, hình chữ chi... nên phù hợp với trình độ thợ xây ở các vùng nông thôn. Hầm có thể xây dựng trên bất kỳ diện tích mặt bằng nào, thậm chí trên là chuồng trại, dưới là hầm khí sinh học nên tiết kiệm tối đa diện tích. Bên cạnh đó, bà con có thể kết hợp với việc xây dựng nhà xí gia đình hợp vệ sinh. Trên nắp hầm chỉ cần lắp thêm một bệ xí nên không những tiết kiệm được chi phí xây nhà vệ sinh tự hoại mà còn giải quyết được vấn đề nhà xí chưa đảm bảo vệ sinh ở nhiều vùng nông thôn hiện nay. Điểm được bà con đánh giá cao nhất là hầm biogas VACVINA cải tiến có thể tự động phá váng nhờ hệ thống ống xi - phông bằng sành. Lượng bã thải được đưa ra ngoài hầm tự động hàng ngày bằng chính lượng nguyên liệu đưa vào hầm mỗi ngày. Do đó, 8 - 10 năm bà con mới phải tiến hành vệ sinh hầm so với việc phải vệ sinh 1 lần/năm nếu xây dựng hầm biogas dạng vòm.

Chương IV: Kết luận Theo các nhà khoa học, nếu chăn nuôi từ 5 – 10 con heo thì xây dựng hầm biogas kèm theo với thể tích 5 mét khối, mỗi ngày sẽ phân hủy khoảng 20 kg phân thải và tạo thành 0,9 mét khối gas khí đốt, giúp cho hộ dân tiết kiệm được một lượng củi sử dụng trong nấu ăn và sinh hoạt gia đình khoảng 150.000 đồng/tháng. Bên cạnh đó, mô hình biogas còn tận dụng phụ phẩm khí sinh học làm phân bón cho cây trồng, giúp nông dân giảm chi phí đầu tư trong sản xuất nông nghiệp. Hiện nay, chi phí xây dựng 1 hầm biogas từ 6 – 7 triệu đồng, nhà nước hỗ trợ 1,2 triệu đồng, còn lại là của hộ chăn nuôi, thời gian sử dụng từ 5 – 10 năm. Chăn nuôi heo kết hợp hầm biogas là mô hình rất tiện ích, đem lại hiệu quả kinh tế cao cho nông dân. Theo tính toán, mô hình này sẽ giúp cho nông hộ tiết kiệm vài triệu đồng mỗi năm, tận dụng được khí biogas để nấu ăn và phân bón làm từ phụ phẩm khí sinh học. Theo các nhà chuyên môn, việc phát triển chăn nuôi heo gắn kết với xây dựng hầm biogas đang là giải pháp đa tiện ích, không chỉ đem lại lợi ích trước mắt mà còn góp phần phát triển ngành chăn nuôi phát triển lâu dài, bền vững. Nếu mọi nhà chăn nuôi đều áp dụng mô hình này sẽ giải quyết được bài toán hạn chế ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí, giảm bớt các bệnh tật cho cộng đồng và góp phần giữ cho môi trường sống luôn xanh, sạch, đẹp. Theo báo cáo của Tổ chức liên Chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) của Liên Hợp quốc, có 2 yếu tố ảnh hưởng đến sự nóng lên của trái đất: sự hủy hoại tầng ôzon và sự gia tăng phát thải khí nhà kính. Mặc dù ngành chăn nuôi không đóng vai trò chủ chốt trong nền kinh tế toàn cầu nhưng lại là một trong những nguyên nhân làm trái đất nóng lên bởi lượng khí CO2, mê-tan và N2O thải ra từ phân gia súc rất lớn. Ở Việt Nam hiện nay, sinh kế của gần 80% số gia đình vẫn dựa chủ yếu vào nông nghiệp. Hai yếu tố cơ bản gồm mức tăng dân số và sự phân bổ lại đất đai cho phát triển đô thị và công nghiệp đang làm giảm tỷ lệ đất nông nghiệp trên bình quân đầu người. Trên thực tế, Việt Nam là một trong những nước có tỷ lệ đất nông nghiệp bình quân đầu người thấp nhất thế giới. Vì vậy, để đảm bảo an ninh lương thực thì mức độ thâm canh trong sản xuất nông nghiệp phải được nâng cao. Hiện nay, các khu vực đông dân cư ven đô thị cũng đang trở thành các khu chăn nuôi gia súc, gia cầm, trong khi khu vực nông thôn đang bị tác động xấu do thực hành nông nghiệp thiếu tính bền vững, nhất là nông dân đang lạm dụng phân bón hóa học và lãng phí nguồn phân hữu cơ. Điều này gây nên sự gia tăng phát thải khí CO2, NH3, N2O và tác động tới biến đổi khí hậu (BĐKH) toàn cầu. Tác động tiêu cực từ BĐKH đang gây nên nhiều hiểm họa như: lũ quét, hạn hán, lốc xoáy, mưa axít... Với kịch bản mực nước biển dâng cao 1m, ước tính diện tích đất của Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu Long, 2 khu vực sản xuất lúa gạo chủ yếu của cả nước, sẽ bị mất đi lần lượt là 5.000km2 và 15.000-20.000km2. Vì vậy, tổng sản lượng lương thực sẽ giảm khoảng 5 triệu tấn. Để giảm tác động tiêu cực từ BĐKH, thực hiện cam kết Nghị định thư Kyoto theo Công ước khung của Liên Hợp quốc về BĐKH, Việt Nam không chỉ ưu tiên cho các vấn đề liên quan trong lĩnh vực công nghiệp, hạn chế ô nhiễm môi trường và giảm phát thải khí nhà kính (KNK) trong nông nghiệp mà còn ban hành nhiều chính sách để quy hoạch lại các khu chăn nuôi, canh tác... Tuy nhiên, nhận thức và sự hiểu biết của người dân về các vấn đề liên quan còn khá hạn chế, đặc biệt là nhận thức về các tác động tiêu cực đến môi trường do thực hành nông nghiệp truyền thống. Vì vậy các biện pháp thực hành nông nghiệp hiện hữu vẫn đang góp phần tăng thêm lượng phát thải KNK, làm tăng thêm sự nóng lên của trái đất. Ông Hoàng Kim Giao, Phó cục trưởng Cục Chăn nuôi (Bộ Nông nghiệp & Phát triển nông thôn) cho rằng: “Có 3 nhóm biện pháp cơ bản hạn chế ô nhiễm do chăn nuôi. Thứ nhất cần quy hoạch lại, đưa chăn nuôi ra xa đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp và nhất thiết phải thực hiện quy định chăn nuôi an toàn gắn với bảo vệ môi trường. Thứ hai là sử dụng kỹ thuật cho vào thức ăn và chất thải chăn nuôi các men, các chế phẩm sinh học nhằm hạn chế khí độc hại và vi sinh vật có hại. Thứ 3 là ứng dụng tiến bộ kỹ thuật thân thiện với môi trường. Tuỳ điều kiện cụ thể từng nơi để lựa chọn một trong 3 quy trình kỹ thuật xử lý chất thải như: bể lắng - hầm biogas - ao sinh học, hầm biogas - ao sinh học và hầm biogas - thùng sục khí - ao sinh học; trong đó việc định hướng chăn nuôi theo mô hình sinh thái VAC và sử dụng hầm biogas đang được người chăn nuôi quan tâm nhất.” Hiện nay, việc ứng dụng biogas đã xuất hiện ở nhiều nơi và bước đầu có hiệu quả rõ rệt nhưng thực tế số hộ có hầm chưa đáng kể. Theo thống kê của Trung tâm Nghiên cứu – Phát triển cộng đồng nông thôn (Hội Làm vườn Việt Nam), tất cả các chương trình Nhà nước và các tổ chức hỗ trợ phát triển biogas đến nay mới triển khai được khoảng vài ba vạn hầm, lọt thỏm so với gần 10 triệu hộ chăn nuôi. Trước thực trạng báo động ô nhiễm môi trường do chăn nuôi, các nhà quản lý và chuyên môn đều khẳng định hướng phát triển chăn nuôi lồng ghép với các mô hình kinh tế VAC, đồng thời ứng dụng công nghệ làm hầm khí biogas đang là giải pháp đa tiện ích, vừa khả thi trước mắt và bền vững lâu dài. Tài liệu tham khảo