Tài liệu Phát triển hầm biogas ở xã quảng phước, huyện quảng điền, tỉnh thừa thiên huế

ÑAÏI HOÏC HUEÁ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC KINH TEÁ KHOA KINH TEÁ VAØ PHAÙT TRIEÅN h tế H uế -----  ----- cK in KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC PHÁT TRIỂN HẦM BIOGAS Ở XÃ QUẢNG PHƯỚC, Tr ườ ng Đ ại họ HUYỆN QUẢNG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Khánh PGS.TS Phùng Thị Hồng Hà Lớp: K45 KTTN MT Niên khóa: 2011 – 2015 Huế, 05 - 2015 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, ngoài sự nổ lực của bản thân, tôi đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ thầy, cô, gia đình, bạn bè và các cán bộ làm việc tại uế đơn vị thực tập. Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới quý thầy, cô giáo Trường tế H Đại Học Kinh Tế Huế đã trang bị những kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thời gian vừa qua. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phùng Thị Hồng Hà, người đã tận tình chỉ bảo, giành nhiều thời gian quý báu để hướng dẫn tôi hoàn thành h khóa luận này. in Tôi xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo, các anh chị, cô chú tại Uỷ Ban Nhân cK Dân xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế đã nhiệt tình cung cấp những thông tin quý báu cho đề tài, đồng thời đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực tập tại đơn vị. họ Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến bà con nhân dân xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc điều tra. Đ ại Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù bản thân đã cố gắng và tâm huyết với công việc nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót.Rất mong nhận được ý kiến đóng góp và động viên của thầy, ng cô để khóa luận này được hoàn thiện hơn. Tr ườ Tôi xin chân thành cảm ơn! Huế, tháng 05 năm 2015 Sinh viên Lê Thị Khánh i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................i uế MỤC LỤC ...................................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................................................v tế H DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ vii TÓM TẮT NGHIÊN CỨU ......................................................................................... viii PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................1 h 1. Tính cấp thiết của đề tài ..............................................................................................1 in 2. Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................................2 cK 2.1. Mục tiêu chung.........................................................................................................2 2.2. Mục tiêu cụ thể.........................................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................2 họ 3.1. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................................2 3.2. Phạm vi nghiên cứu..................................................................................................2 Đ ại 4.Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................................3 4.1. Phương pháp thu thập số liệu ...................................................................................3 4.2. Phương pháp thống kê mô tả....................................................................................3 ng 4.3.Phương pháp hiện giá ............................................................................................... 3 4.4. Phương pháp phân tích kinh tế.................................................................................3 ườ PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU........................................................................4 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU......... 4 Tr 1.1.Hầm Biogas .............................................................................................................. 4 1.1.1. Khái niệm Biogas ..................................................................................................4 1.1.2. Các loại hầm Biogas..............................................................................................4 1.1.3. Nguồn nguyên liệu để sản xuất Biogas .................................................................6 1.1.4. Quy trình hoạt động của hầm Biogas ....................................................................8 1.1.5.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo khí Biogas...............................................9 ii 1.1.6. Điều kiện áp dụng hầm Biogas ở hộ gia đình .....................................................11 1.1.7. Lợi ích của hầm Biogas.......................................................................................12 1.2. Phát triển hầm Biogas ............................................................................................14 1.2.1. Khái niệm về sự phát triển ..................................................................................14 uế 1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển hầm Biogas ..........................................14 1.3. Các chỉ tiêu nghiên cứu..........................................................................................15 tế H 1.3.1. Các chỉ tiêu phản ánh sự phát triển hầm Biogas .................................................15 1.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả kinh tế ................................................................16 1.4. Tình hình phát triển Biogas trên thế giới, ở Việt Nam và ở Thừa Thiên Huế..............17 1.4.1. Tình hình phát triển Biogas trên thế giới ............................................................17 in h 1.4.2.Tình hình phát triển Biogas ở Việt Nam .............................................................18 1.4.3. Tình hình phát triển Biogas ở Thừa Thiên Huế ..................................................20 cK 2.1. Đặc điểm cơ bản của địa bàn nghiên cứu ...............................................................22 2.1.1. Đặc điểm tự nhiên................................................................................................22 2.1.1.1. Vị trí địa lý........................................................................................................22 họ 2.1.1.2. Đặc điểm địa hình.............................................................................................22 2.1.1.3. Khí hậu và thủy văn..........................................................................................23 Đ ại 2.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội ....................................................................................23 2.1.2.1. Tình hình dân số và lao động ...........................................................................23 2.1.2.2. Tình hình phân bổ và sử dụng đất đai ..............................................................25 ng 2.1.2.3. Tình hình cơ sở hạ tầng ....................................................................................27 2.2. Tình hình phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước .............................................27 ườ 2.2.1. Loại hầm Biogas được áp dụng ở xã Quảng Phước ............................................27 2.2.2. Tình hình phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước ..........................................30 Tr 2.3. Tình hình xây dựng hầm Biogas và sử dụng khí gas của các hộ điều tra. .............32 2.3.1. Đặc điểm chung của các hộ điều tra....................................................................32 2.3.2. Chi phí của việc sử dụng hầm Biogas. ................................................................33 2.3.3. Tình hình sử dụng khí gas của các hộ điều tra ....................................................35 2.3.4. Nhu cầu sử dụng nhiên liệu của các hộ trước và sau khi có hầm Biogas ...........36 2.3.5. Chi phí cho việc sử dụng nhiên liệu của các hộ trước và sau khi có hầm Biogas ......37 iii 2.3.6. Hiệu quả kinh tế của hầm Biogas ........................................................................38 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước ...................39 2.4.1. Ảnh hưởng của diện tích đất ở ............................................................................39 2.4.2. Ảnh hưởng của hoạt động chăn nuôi...................................................................40 uế 2.4.3. Năng lực về vốn...................................................................................................42 2.4.4. Sự hỗ trợ của các chương trình, dự án.................................................................43 tế H 2.4.5. Nhận thức của người dân.....................................................................................44 2.5. Những thuận lợi và khó khăn trong việc áp dụng hầm Biogas ở xã Quảng Phước46 2.5.1. Thuận lợi..............................................................................................................46 2.5.2. Khó khăn..............................................................................................................47 in h CHƯƠNG III: ĐỊNH HƯỚNG VÀ GIẢI PHÁP .....................................................48 3.1. Định hướng phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước..........................................48 cK 3.2. Giải pháp phát triển hầm Biogas ở hộ gia đình ......................................................48 3.2.1. Giải pháp chung...................................................................................................48 3.2.2. Giải pháp cụ thể...................................................................................................48 họ 3.2.2.1.Giải pháp kinh tế ...............................................................................................48 3.2.2.2. Giải pháp kỹ thuật ............................................................................................49 Đ ại 3.2.2.3. Giải pháp khác ..................................................................................................50 PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................52 1. Kết luận .....................................................................................................................52 ng 2. Kiến nghị ...................................................................................................................52 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................55 Tr ườ PHỤ LỤC iv :Bình quân C/N :Tỷ lệ giữa lượng Cacbon và Nitơ ĐVT :Đơn vị tính FAO :Tổ chức lương thực thế giới KSH :Khí sinh học SL :Số lượng UBND :Uỷ ban nhân dân UNICEF :Qũy nhi đồng liên hợp quốc VAC :Vườn – Ao – Chuồng V.A.C.B :Vườn – Ao – Chuồng – Biogas Tr ườ ng Đ ại họ cK in h tế H BQ uế DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Lượng chất thải hàng ngày của động vật. ..........................................................7 Bảng 2: Tỷ lệ C/N của một số loại nguyên liệu ............................................................10 uế Bảng 3: Tình hình dân số và lao động của xã Quảng Phước giai đoạn 2012 - 2014 ....24 Bảng 4: Tình hình sử dụng đất ở xã Quảng Phước giai đoạn 2012-2014 .....................26 tế H Bảng 5: Số lượng hầm Biogas ở xã Quảng Phước giai đoạn 2012 – 2014 ...................31 Bảng 6: Đặc điểm chung của các hộ điều tra ................................................................32 Bảng 7: Chi phí xây dựng một hầm Biogas thể tích 6,2 m3 ở hộ gia đình....................33 h Bảng 8: Tình hình sử dụng khí gas của các hộ điều tra.................................................35 in Bảng 9: Tình hình sử dụng nhiên liệu của các hộ trước và sau khi có hầm Biogas......36 Bảng 10: Chi phí sử dụng nhiên liệu trung bình hàng tháng của mỗi hộ gia đình trước cK và sau khi sử dụng hầm Biogas .....................................................................................37 Bảng 11: Lợi ích kinh tế của hầm Biogas .....................................................................38 họ Bảng 12: Tình hình đất ở của xã Quảng Phước giai đoạn 2012-2014 ..........................39 Bảng 13: Tình hình chăn nuôi ở xã Quảng Phước giai đoạn 2012-2014 ......................41 Bảng 14: Hộ gia đình tự đánh giá hiệu quả kinh tế sau khi sử dụng hầm Biogas.........44 Đ ại Bảng 15: Ý kiến đánh giá về chất lượng môi trường sau khi sử dụng hầm Biogas của Tr ườ ng các hộ điều tra................................................................................................................45 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc. ................................................................5 Hình 2: Hầm ủ nắp trôi nổi Ấn Độ ..................................................................................6 uế Hình 3: Sơ đồ mô tả quá trình phân hủy thành khí Biogas .............................................8 Hình 4: Bản đồ quy hoạch huyện Quảng Điền..............................................................22 tế H Hình 5: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT1 .....................................................28 Tr ườ ng Đ ại họ cK in h Hình 6: Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT2 .....................................................28 vii TÓM TẮT NGHIÊN CỨU Hiện nay ở nước ta ngành chăn nuôi đang được phát triển rộng rãi và giữ vai trò ngày càng quan trọng, đây là nguồn cung cấp thực phẩm chủ yếu cho người dân, giúp uế cho nông dân tăng thu nhập, giải quyết được công ăn việc làm cho người lao động... Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà ngành chăn nuôi mang lại thì nó đã gây ra tế H nhiều vấn đề tiêu cực đối với môi trường.Theo tính toán của các chuyên gia, hàng năm, tổng đàn gia súc, gia cầm ở Việt Nam thải vào môi trường khoảng 80-85 triệu tấn chất thải rắn, các chất thải này gây ra mùi hôi thối, làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm h đất, ô nhiễm nguồn nước và làm ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người. in Trước thực trạng đó, việc áp dụng mô hình Biogas là một biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi hữu hiệu nhất, không những làm giảm được nguy cơ ô nhiễm, giải cK quyết bài toán năng lượng phục vụ cho sinh hoạt mà còn là giải pháp kinh tế cho những người nông dân. họ Nhận thức được những lợi ích đó, ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế người dân cũng đã tiến hành áp dụng hầm Biogas và đã mang lại những kết quả tốt đẹp, góp phần cải thiện môi trường và nâng cao chất lượng cuộc Đ ại sống cho bà con nông dân trong xã. Để hiểu rõ hơn về những vấn đề trên, tôi quyết định chọn đề tài: “Phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế”. ng  Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Hệ thống hóa những cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu. ườ Phân tích thực trạng và đề xuất giải pháp nhằm phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Tr Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế.  Để thực hiện các mục tiêu nghiên cứu trên thì tôi đã thu thập dữ liệu từ các nguồn khác nhau: Từ UBND xã Quảng Phước, từ điều tra phỏng vấn 60 hộ gia đình ở xã Quảng Phước, đồng thời tham khảo thêm sách, báo, mạng Internet…  Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau: Phương pháp thu thập số liệu viii Phương pháp thống kê mô tả. Phương pháp hiện giá. Phương pháp phân tích kinh tế.  Kết quả đạt được: uế Thấy được thực trạng phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế giai đoạn 2012 - 2014. tế H Lợi ích mà hầm Biogas mang lại rất lớn. Trên cơ sở đó đưa ra một số giải pháp nhằm phát triển hơn nữa hầm Biogas ở xã Tr ườ ng Đ ại họ cK in h Quảng Phước cho những năm tiếp theo. ix PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là một nước có tỷ lệ dân số sống ở vùng nông thôn khá cao, chiếm uế khoảng 73% dân số.Phát triển kinh tế nông nghiệp nông thôn là một trong những mục tiêu được Đảng và Nhà nước ta hết sức chú trọng, trong đó bao gồm cả phát triển kinh tế H tế hộ gia đình thông qua các hoạt động phát triển chăn nuôi. Đây là hình thức đang được phát triển rộng rãi ở nông thôn, khi mà người dân có thể tận dụng diện tích đất trống quanh nhà cũng như nguồn thức ăn tự nhiên phong phú để tăng thêm thu nhập cho gia đình. Theo ước tính hiện cả nước có 8,5 triệu hộ chăn nuôi quy mô gia đình, in h 18.000 trang trại chăn nuôi tập trung và ngành chăn nuôi đã đóng góp được 6% vào tổng GDP cả nước. cK Tuy nhiên, bên cạnh những lợi ích mà ngành chăn nuôi mang lại thì nó đã gây ra nhiều vấn đề tiêu cực đối với môi trường. Theo tính toán của các chuyên gia, hàng năm tổng đàn gia súc, gia cầm ở Việt Nam thải vào môi trường khoảng 80-85 họ triệu tấn chất thải rắn, đó là các chất thải như: Phân, thức ăn thừa, chất độn chuồng, xác gia súc, gia cầm chết và các chất thải lò mổ… Các chất thải này gây ra mùi hôi Đ ại thối, làm ô nhiễm không khí, ô nhiễm đất và ô nhiễm nguồn nước, gây nên các bệnh về đường hô hấp, đường tiêu hoá, bệnh ngoài da, bệnh truyền nhiễm... làm ảnh hưởng đến sức khoẻ của người dân. Ngoài ra, hoạt động chăn nuôi còn thải ra ng các khí gây hiệu ứng nhà kính như: CO2, CH4, N2O… làm biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến cuộc sống của con người. ườ Trước thực trạng đó, để ngành chăn nuôi phát triển hiệu quả và bền vững, đòi hỏi phải có các biện pháp xử lý hữu hiệu. Thực tế đã có rất nhiều dự án nghiên cứu của Tr nhiều tổ chức, cá nhân về việc giải quyết chất thải từ chăn nuôi để giảm nguy cơ ô nhiễm cũng như tận dụng lại chất thải chăn nuôi làm nguồn nguyên liệu phục vụ cho hoạt động nông nghiệp khác. Trong đó, việc tận dụng chất thải chăn nuôi để tạo ra Biogas là một giải pháp hiệu quả nhất, không những giảm được nguy cơ ô nhiễm, giải quyết bài toán năng lượng phục vụ cho sinh hoạt mà còn là giải pháp kinh tế cho những người dân ở nông thôn. 1 Nhận thức được lợi ích mà Biogas mang lại, ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế cũng đã tiến hành áp dụng hầm Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi. Đến nay, số hộ áp dụng hầm Biogas tương đối nhiều và đã mang lại những kết quả tốt, góp phần cải thiện môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống cho bà uế con nông dân trong xã. Để hiểu rõ hơn về những vấn đề trên, tôi quyết định chọn đề tài: “Phát triển hầm tế H Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế”. 2. Mục tiêu nghiên cứu 2.1. Mục tiêu chung Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. in 2.2. Mục tiêu cụ thể h Phân tích thực trạng và đề xuất giải pháp nhằm phát triển hầm Biogas ở xã Quảng cK - Hệ thống hóa những cơ sở lý luận và thực tiễn của về phát triển hầm Biogas. - Đánh giá thực trạng phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế giai đoạn 2012 - 2014. những năm tiếp theo. họ - Đề xuất một số giải pháp nhằm phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước cho Đ ại 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Là những vấn đề liên quan đến phát triển hầm Biogas. ng - Đối tượng khảo sát: Là các hộ gia đình sử dụng hầm Biogas và các hộ chăn nuôi nhưng không sử dụng hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. ườ 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Phạm vi không gian: Đề tài được nghiên cứu trên địa bàn xã Quảng Phước, Tr huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. - Phạm vi thời gian: Số liệu sơ cấp được thu thập vào năm 2014, số liệu thứ cấp được thu thập từ năm 2012-2014. - Phạm vi nội dung: Tập trung đánh giá về tình hình phát triển hầm Biogas và các nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế. 2 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp thu thập số liệu Trong phạm vi đề tài này, tôi tiến hành thu thập số liệu theo 2 nguồn: Nguồn thứ cấp và nguồn sơ cấp. uế Thu thập số liệu thứ cấp: Các số liệu thứ cấp được thu thập tại UBND xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế và thu thập các số liệu thông qua tế H sách báo, mạng internet… Thu thập số liệu sơ cấp: Để thu thập số liệu sơ cấp thì tôi đã tiến hành phỏng vấn 60 hộ, trong đó có 30 hộ sử dụng hầm Biogas và 30 chăn nuôi nhưng không sử dụng hầm Biogas ở xã Quảng Phước, huyện Quảng Điền, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng cách in 4.2. Phương pháp thống kê mô tả h lập bảng câu hỏi để điều tra. Đây là phương pháp thu thập thông tin, số liệu để nhằm đánh giá tổng quát đặc cK trưng về một mặt nào đó của tổng thề cần nghiên cứu. Trong đề tài này, phương pháp được sử dụng để mô tả tình hình dân số và lao động, tình hình sử dụng đất đai, tình hình chăn nuôi trên địa bàn xã, tình hình sử dụng khí gas của các hộ… họ 4.3. Phương pháp hiện giá Hiện giá là giá trị tương đương hôm nay của lợi ích (hoặc chi phí) tương lai. Nó Đ ại được tính toán như sau: PV = Trong đó: PV là hiện giá. ng Bt là lợi ích nhận được ở thời điểm t. t là thời gian. ườ r là suất chiết khấu. Trong khóa luận này ta sử dụng phương pháp hiện giá để đánh giá lợi ích của Tr hầm Biogas. 4.4. Phương pháp phân tích kinh tế Phân tích kinh tế giúp thiết kế và lựa chọn những dự án có đóng góp cho phúc lợi chung của quốc gia. Phân tích kinh tế có tác dụng lớn nhất nếu nó sớm được sử dụng trong chu kỳ của dự án để nhận diện những dự án kém và những cấu thành dự án kém. Trong bài này ta sử dụng phương pháp phân tích kinh tế để tính giá trị hiện tại ròng (NPV), tỷ số lợi ích – chi phí (BCR) và tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR). 3 PHẦN II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Hầm Biogas uế 1.1.1. Khái niệm Biogas Biogas là một hỗn hợp khí được sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ tế H dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí. Nó chiếm tỷ lệ như sau: CH4: 60% - 70% CO2: 30% - 40% Phần còn lại là một lượng nhỏ khí N2, H2,CO,… Trong hỗn hợp khí sinh học ta h thấy CH4 chiếm một số lượng lớn và là khí được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng in khi đốt.Lượng CH4 bị ảnh hưởng bởi quá trình sinh học và loại phân mà ta sử dụng. cK Biogas cháy với ngọn lửa xanh, không sinh khói, nhiệt độ và nhiệt lượng cao (1m3 khí cháy phát ra nhiệt 4.700 - 5.900 kcal tùy theo hàm lượng CH4 (mêtan) mà hàm lượng CH4 lại phụ thuộc vào nguyên liệu ủ). Có thể sử dụng khí sinh học để nấu họ nướng, thắp sáng, sử dụng làm nhiên liệu chạy máy phát điện, máy bơm nước. Chất thải từ công trình KSH gồm bã thải, nước thải lỏng được xem là những sản Đ ại phẩm có giá trị, sử dụng vào nhiều mục đích như trồng trọt, chăn nuôi, nuôi thủy sản, đặc biệt có thể sử dụng làm thức ăn bổ sung cho lợn hoặc làm phân bón cho cây rất hiệu quả và vệ sinh. Trong tự nhiên, KSH được sinh ra ở những nơi nước sâu, tù đọng thiếu oxy như ng các đầm lầy, dưới đáy ao, hồ, giếng sâu, ruộng lúa ngập nước, bãi rác hoặc trong bộ ườ máy tiêu hóa của động vật. Ngoài ra, nó còn được sinh ra ở các mỏ than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên do các quá trình biến đổi địa hóa xảy ra hàng triệu năm. Trong điều kiện nhân tạo, KSH được sinh ra trong các thiết bị KSH nhờ công Tr nghệ lên men yếm khí. 1.1.2. Các loại hầm Biogas - Hầm ủ nắp vòm cố định Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân. Do đó thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này. Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn 4 hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để đảm bảo yêu cầu kín khí. Ở phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng cK in h tế H uế đầy hầm. họ Hình 1:Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc. Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Trung Quốc nhưng có nhược điểm là phần chứa khí Đ ại rất khó xây dựng và đảm bảo độ kín khí, do đó hiệu suất của hầm ủ thấp. Gần đây, các nhà khoa học Đức và Thái Lan hợp tác trong việc phát triển hầm ủ Biogas ở Thái Lan đã dùng kỹ thuật CAD (thiết kế được sự hỗ trợ của máy tính) để tính toán lại kết cấu của hầm ng ủ này và cho ra đời mẫu hầm TG - BP (Thai German - Biogas Program). Loại hầm ủ này đã được Trung Tâm Năng Lượng Mới, Đại Học Cần Thơ thử nghiệm và phát triển có hiệu ườ quả ở miền Nam Việt Nam trong việc xử lý phân người và gia súc. - Hầm ủ nắp trôi nổi Tr Loại hầm nầy rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC (được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission). Gồm có một phần hầm hình trụ xây bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trôi nổi trên mặt của hầm ủ. Chuông chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh. Loại hầm ủ này bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường như nhiệt độ. Nắp hầm ủ dễ bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), 5 hoặc bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo). Một nhược điểm khác là áp suất gas thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu... để khắc phục nhược điểm này Đ ại họ cK in h tế H uế người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầm ủ. Hình 2: Hầm ủ nắp trôi nổi Ấn Độ - Hầm dạng túi ủ ng Loại này được nghiên cứu và chế tạo ở Đài Loan. Vật liệu làm bằng túi cao su thiên nhiên, ống ra vào thường lắp bằng ống sành. Vệ sinh túi rất tốt do không tiếp xúc ườ với môi trường bên ngoài, dễ khuấy trộn. Tuy nhiên, dung tích túi nhỏ chỉ khoảng 1 3m3 nên lượng khí sinh ra chưa phục vụ đủ nhu cầu cho hộ gia đình. Mặt khác, khi túi Tr bị rò rỉ thì khó phát hiện nên ít được sử dụng. 1.1.3. Nguồn nguyên liệu để sản xuất Biogas Nói chung các chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học đều có thể làm nguyên liệu nạp cho các thiết bị khí sinh học. Các nguyên liệu này được chia thành hai loại: Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật và nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật. 6  Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật bao gồm chất thải (phân và nước tiểu) của gia súc, gia cầm và chất thải của người… Các loại chất thải này được xử lý trong bộ máy tiêu hóa của động vật nên dễ phân uế giải và nhanh chóng tạo khí sinh học. Thời gian phân giải của phân không dài (khoảng 2 đến 3 tháng) và tổng sản lượng khí thu được từ 1kg phân cũng không lớn. tế H Chất thải từ gia súc như trâu, bò, lợn phân giải nhanh hơn chất thải gia cầm và chất thải người, nhưng sản lượng khí của chất thải gia cầm và chất thải người lại cao hơn. Sản lượng và đặc tính chất thải của vật nuôi phụ thuộc vào tuổi của vật nuôi, h khẩu phần thức ăn, chế độ nuôi… in Bảng 1: Lượng chất thải hàng ngày của động vật. Lượng chất thải hàng ngày (kg/ngày/cá thể) Động vật Nước tiểu Bò 15 – 20 6 – 10 Trâu 18 – 25 8 – 12 Dê/cừu họ cK Phân 1,5 – 2,5 0,6 – 1,0 1,2 – 3,0 4–6 0,02 – 0,05 0 0,2 – 0,4 0,3 – 1,0 Gia cầm Người Đ ại Lợn (Nguồn: Thiết bị khí sinh học KT1 và KT2, Nguyễn Quang Khải). ng  Nguyên liệu có nguồn gốc từ thực vật Các nguyên liệu thực vật gồm lá cây và phụ phẩm cây trồng (rơm, rạ, thân lá ngô, ườ khoai, đậu…), rác sinh hoạt hữu cơ (rau, quả, lương thực bỏ đi…) và các loại cây xanh hoang dại (rong, bèo, các cây phân xanh…). Gỗ và thân cây già rất khó phân giải nên Tr không dùng làm nguyên liệu được. Nguyên liệu thực vật thường có lớp vỏ cứng rất khó bị phân hủy. Để quá trình phân hủy diễn ra được thuận lợi, người ta thường phải xử lý sơ bộ (cắt nhỏ, đập dập, ủ hiếu khí) trước khi nạp chúng vào thiết bị khí sinh học để phá vở lớp vỏ cứng của nguyên liệu và tăng diện tích tiếp xúc cho vi khuẩn dễ tấn công. 7 Thời gian phân hủy của nguyên liệu thực vật thường dài hơn so với chất thải động vật nên được sử dụng theo cách nạp từng mẻ, mỗi mẻ kéo dài từ 3-6 tháng. Dùng nguyên liệu thực vật không những cho ta khí sinh học mà còn cung cấp bã đặc làm phân bón rất tốt. uế 1.1.4. Quy trình hoạt động của hầm Biogas Phân động vật tế H Quá trình thủy phân Quá trình lên men cK Khí Biogas in h Quá trình axit hóa Quá trình mêtan hóa Hình 3: Sơ đồ mô tả quá trình phân hủy thành khí Biogas họ Quá trình sản sinh ra khí sinh học được chia ra thành 3 giai đoạn, cụ thể là: Giai đoạn thủy phân: Ở giai đoạn này các vi khuẩn lên men và thủy phân tiết ra Đ ại một số loại men gọi là men Hyđrolaza phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp, không tan bên ngoài cơ thể chúng thành các chất hữu cơ đơn giản và tan được. Như vậy các chất cao phân tử đã chuyển hóa thành các chất đơn phân tử, sau đó lại được lên men ng thành những chất trung gian mà chủ yếu là Axetat, Propionat và Butirat, những chất này lại được vi khuẩn hấp thụ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm mới. ườ Giai đoạn sinh axit: Dưới tác động của các loại vi khuẩn sinh axit, các axit béo bậc cao và axit thơm được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân hủy thành axit hữu cơ có Tr phân tử lượng nhỏ. Giai đoạn sinh khí mêtan (CH4): Đây là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình, dưới tác động của các vi khuẩn sinh mêtan sử dụng các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác như axit axetic, axit focmic, Hydro, đioxitcacbon biến thành Mêtan, Cacbonic, Oxy, Nitơ… 8 Trong 3 giai đoạn trên thì giai đoạn đầu tiên có thể xảy ra trong môi trường bình thường.Còn 2 giai đoạn sau thì phải xảy ra trong điều kiện kín hoàn toàn. Do vậy, trong quá trình sử dụng để tiết kiệm hầm ủ ta có thể để nguyên liệu ủ ngoài trong 1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo khí Biogas  Môi trường kỵ khí uế khoảng một tuần sau đó mới chuyển vào hầm ủ kín. tế H Quá trình lên men tạo khí sinh học có sự tham gia của nhiều vi khuẩn, trong đó các vi khuẩn sinh mêtan là những vi khuẩn quan trọng nhất, chúng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu diệt các vi khuẩn này, vì vậy h phải đảm bảo điều kiện kỵ khí tuyệt đối của môi trường lên men. Sự có mặt của oxy hòa tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho quá trình phân hủy kỵ khí. in  Nhiệt độ cK Hoạt động của vi khuẩn sinh khí Mêtan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men là 250C - 400C, nhưng tốt nhất là 350C.Thấp hơn nhiệt độ này thì sản lượng khí giảm rõ rệt.Dưới 100C quá trình sinh khí Mêtan hầu họ như ngừng hẳn. Trên 400C vi khuẩn ưa nhiệt độ sẽ hoạt động mạnh hơn và tốc độ sinh khí Mêtan cũng giảm. Các vi khuẩn sinh khí Mêtan thường không chịu được sự tăng Đ ại giảm nhiệt độ quá nhiều trong ngày, điều này sẽ làm giảm lượng khí. Vì vậy, vào mùa đông cần phải giữ ấm cho thiết bị, thậm chí đối với những vùng lạnh cần phải đảm bảo cách nhiệt tốt cho quá trình lên men để giảm thời gian lưu. ng  Độ ẩm Độ ẩm cao hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm, sản lượng gas tạo ra ườ ít. Độ ẩm thích hợp nhất cho hoạt động vi sinh vật là 91,5% - 96%. Tr  Độ pH Độ pH tối ưu với hoạt động của vi khuẩn là 6,8 - 7,5 tương ứng với môi trường hơi kiềm. Trong điều kiện này sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật sinh Mêtan đạt cực đại. Nếu pH < 6,4 môi trường sinh khí có độ pH nhỏ, nếu pH thấp hơn nữa sẽ ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của loại vi khuẩn này. Tuy nhiên vi khuẩn sinh Mêtan vẫn có thể hoạt động được trong giới hạn độ pH từ 6,5 - 8,5. 9  Thời gian ủ Mỗi loại nguyên liệu sản xuất khí sinh học có thời gian phân hủy khác nhau. Thời gian ủ khác nhau sẽ làm tăng khả năng khai thác khí sinh học, tiết kiệm nguyên liệu. Do đó, ta phải căn cứ vào thời gian phân hủy của các nguyên liệu để định thời gian ủ uế cho phù hợp nhằm có thể khai thác triệt để nguồn nguyên liệu.  Hàm lượng chất khô tế H Hàm lượng chất khô thường được biểu thị bằng phần trăm.Quá trình phân hủy sinh khí Mêtan xảy ra thuận lợi nhất khi môi trường có hàm lượng chất khô tối ưu vào khoảng 7-9%.Đối với bèo tây hàm lượng này là 4-5%, rơm rạ là 5-8%. Nguyên liệu ban đầu thường có hàm lượng chất khô cao hơn giá trị tối ưu nên khi nạp vào thiết bị khí sinh học h cần phải pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng thích hợp là 1-3 lít nước cho 1kg phân tươi. in  Tỷ lệ Cacbon và Nitơ của nguyên liệu (C/N) Tỷ lệ giữa lượng cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu là một cK chỉ tiêu để đánh giá khả năng phân hủy của nó.Vi khuẩn kỵ khí tiêu thụ Cacbon nhiều hơn Nitơ khoảng 30 lần. Vì vậy tỷ lệ C/N của nguyên liệu bằng 30/1 là tối ưu.Tỷ lệ này quá cao thì quá trình phân hủy xảy ra chậm, ngược lại tỷ lệ này quá thấp thì quá họ trình phân hủy ngừng trệ vì tích lũy nhiều Amôniac, là một độc tố đối với vi khuẩn ở nồng độ cao.Phân trâu bò và lợn có tỷ lệ C/N thích hợp.Phân người và gia cầm có tỷ lệ Đ ại C/N thấp.Các nguyên liệu thực vật tỷ lệ này lại cao, nguyên liệu càng già thì tỷ lệ này càng cao.Để đảm bảo tỷ lệ C/N thích hợp đối với các loại nguyên liệu này ta nên dùng hỗn hợp nhiều nguyên liệu. ng Bảng 2: Tỷ lệ C/N của một số loại nguyên liệu Tr ườ Loại nguyên liệu Tỷ lệ C/N Phân bò 24 – 25 Phân trâu 24 – 25 Phân lợn 12 – 13 Phân gia cầm 5 – 15 Phân người 2,9 – 10 Bèo tây tươi 12 – 25 Rơm, rạ khô 48 – 117 (Nguồn: Văn phòng dự án KSH Trung ương - BPD/ Cục Chăn nuôi - DLP) 10