DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU.1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.3
1.1 Tổng quan về chất thải chăn nuôi .3
1.1.1. Nguồn phát sinh, đặc tính .3
1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe .5
1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi.9
1.2. Tổng quan về khí sinh học .14
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học.14
1.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng của quá trình lên men tạo KSH .15
1.2.3. Thiết bị khí sinh học.18
1.2.4. Tiềm năng Biogas trên thế giới và Việt Nam.22
1.3 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu.23
1.3.1 Điều kiện tự nhiên.23
1.3.2 Thực trạng môi trường tự nhiên trên địa bàn huyện Thanh Liêm. .26
1.3.3. Điều kiện kinh tế - xã hội.27
CHƯƠNG 2. MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .30
2.1. Đối tƯợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.30
2.2. PhƯơng pháp nghiên cứu .30
2.2.1 Phương pháp điều tra thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp.30
2.2.2 Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp.30
2.2.3 Phương pháp lấy mẫu và phân tích .31
2.2.4 Phương pháp so sánh, đánh giá .33
2.2.5 Phương pháp tổng hợp số liệu.33
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.34
3.1. Hiện trạng ngành chăn nuôi gia súc tại huyện Thanh Liêm - tỉnh Hà Nam .34
3.1.1 Số lượng trang trại chăn nuôi trên địa bàn huyện.34
3.1.2 Hiện trạng chăn nuôi gia súc trên địa bàn .35
3.1.3 Về quy mô chăn nuôi lợn tại các trang trại:.36
3.1.4 Các kiểu hệ thống chăn nuôi lợn trong các trang trại.37
3.1.5. Cơ cấu đất đai trong các trang trại.37
3.1.6. Phương thức chăn nuôi tại khu vực huyện Thanh Liêm .38
3.1.7. Sử dụng thức ăn, nước cho lợn ở các trang trại.39
3.2. Nguồn thải phát sinh; thực trạng xử lý và áp dụng mô hình biogas đối với chất
thải chăn nuôi trên địa bàn nghiên cứu .40
3.3 Hiện trạng sử dụng biogas tại các trang trại trên địa bàn.41
3.4 Đánh giá thực trạng công tác bảo vệ môi trƯờng trong hoạt động chăn nuôi tại
các trang trại trên địa bàn huyện.42
3.4.1 Nhận thức của người chăn nuôi với công tác vệ sinh môi trường.42
3.4.2 Nhận thức của người chăn nuôi với sức khỏe con người .43
3.4.3 Thực trạng chất lượng môi trường .43
3.5. Đánh giá lợi ích của việc thu hồi và sử dụng nguồn khí sinh học này trên các
khía cạnh năng lƯợng, môi trƯờng, kinh tế xã hội.45
3.5.1 Tiềm năng năng lượng của việc thu hồi và sử dụng khí sinh học.45
40 trang |
Chia sẻ: anan10 | Lượt xem: 561 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Đánh giá tiềm năng khai thác nguồn năng lượng khí sinh học từ các hoạt động chăn nuôi tại huyện Thanh liêm, tỉnh Hà Nam, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ạ,
* Nước thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp bao gồm nước thải của gia súc, nước vệ sinh
gia súc, chuồng trại. Mức độ ô nhiễm chất thải chăn nuôi khác nhau tùy theo cách
thức làm vệ sinh chuồng trại khác nhau (Có hốt phân hay không hốt phân trước khi
tắm rửa, số lần tắm rửa cho gia súc và vệ sinh chuồng trại trong một ngày).
5
Nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải từ các ngành
công nghiệp khác (axít, kiềm, kim loại nặng, chất ôxy hóa, hóa chất công
nghiệp,) nhưng chứa nhiều vi khuẩn, ấu trùng, giun sán có nguy cơ gây ra nhiều
ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người. Trong nước thải, chất hữu cơ chiếm 70 –
80% gồm cellulose, protit, axít amin, chất béo, hydrat cacbon. Các chất vô cơ chiếm
20 – 30% gồm cát, đất, muối, urê, amonium. [7]
b. Khí thải
Khí thải chuồng được tạo ra từ quá trình lên men phân hủy phân, nước tiểu
gia súc, thức ăn dư thừaCường độ của mùi phụ thuộc mức độ thông thoáng của
chuồng nuôi, tình trạng vệ sinh, mật độ nuôi, điều kiện bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm.
Thành phần các chất khí trong chuồng nuôi cũng biến đổi tùy theo giai đoạn
phân hủy các chất hữu cơ, thành phần thức ăn, hệ thống vi sinh vật và sức khỏe của
vật nuôi. NH3 và H2S được hình thành chủ yếu từ quá trình phân hủy của phân do
các vi sinh vật gây mùi hôi, ngoài ra NH3 còn được sinh ra từ sự phân giải urê từ
nước tiểu [7]. Thành phần các khí trong chuồng nuôi biến đổi tùy theo giai đoạn
phân hủy chất thải hữu cơ, tùy theo thành phần của thức ăn, hệ thống vi sinh vật và
tình trạng sức khỏe của vật nuôi. Khí sinh ra chủ yếu là NH3, H2S, CH4 và CO2
1.1.2. Ảnh hưởng chất thải chăn nuôi tới môi trường và sức khỏe
a. Ô nhiễm môi trường nước
Nồng độ chất hữu cơ cao trong nước thải chăn nuôi lợn khi xảy ra quá trình
phân hủy sẽ làm giảm nồng độ ôxy hòa tan trong nước, gây thiếu ôxy cho các quá
trình hô hấp của hệ thủy sinh vật. Quá trình phân hủy chất hữu cơ còn tạo môi
trường phân hủy yếm khí sinh ra các hợp chất độc và những loài tảo độc tác động
xấu đến hệ sinh thái trong vùng. Khi các hệ sinh vật nước bị suy giảm sẽ gây mất
cân bằng sinh thái, cản trở quá trình tự làm sạch của sông, ao hồ. Con người, động
vật, thực vật gián tiếp sử dụng nguồn nước này cũng sẽ bị tác động và ảnh hưởng xấu.
Nhiều khu vực chăn nuôi nước thải vẫn không qua hệ thống xử lý mà thải
trực tiếp ra môi trường bên ngoài (Kênh rạch, sông, ao hay cống thoát nước chung
của khu vực). Theo kết quả phân tích chất lượng nước thải chăn nuôi của Viện
6
Công nghệ Môi trường Hà Nội [18] cho thấy nồng độ chất ô nhiễm ở một số trại lợn
khu vực phía Bắc là rất cao.
Bảng 1.3. Thành phần nước thải ở một số trại lợn khu vực phía bắc
pH T
0
C
COD
(mg/l)
T-N
(mg/l)
N-NH4
+
(mg/l)
T-P
(mg/l)
SS
(mg/l)
Vĩnh Phúc 7,32 29 4590 967,3 870 295 9520
Hưng Yên 7,87 30,5 3584 202 158 54,9 1880
Thái Bình 7,3 30 2575 425 425 102 800
Hà Nội 7,5 32 7219 247 237 120 3200
(Viện Công nghệ Môi trường Hà Nội, 2012)
Ngoài ra, trong phân gia súc, gia cầm còn chứa nhiều loại vi khuẩn, vi trùng
hoặc trứng giun sán. Chúng sẽ là nguồn gây bệnh cho con người cũng như những
động vật khác.
Bên cạnh đó, nước thải chăn nuôi có thể thấm xuống đất vào mạch nước
ngầm gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, đặc biệt là những giếng mạch nông gần
chuồng nuôi. Khi phân hủy, thức ăn gia súc là những hợp chất hữu cơ dễ bị phân
hủy sinh học, giàu Nitơ, Phốt pho và một số thành phần khác, tạo ra nhiều hợp chất
như: Axít amin, axít béo, các chất khí CO2, CH4, H2S, NH3 gây mùi khó chịu và độc
hại. Đồng thời, sự phân hủy những hợp chất này còn làm thay đổi pH tạo điều kiện
bất lợi cho quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm.
Quá trình chuyển hóa urê trong nước tiểu động vật cũng góp phần đáng kể
trong việc gây ô nhiễm môi trường nước.
b. Ô nhiễm môi trường không khí
Những khí thải trong chăn nuôi: NH3, H2S, CH4 và CO2 tạo nên mùi hôi thối
trong hầu hết khu vực chăn nuôi, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường, sức khỏe con
người và các loài động vật khác.
* Ảnh hưởng của khí NH3 [15]
Trong chăn nuôi lợn, lượng nước tiểu sinh ra chủ yếu là khí NH3. Chất khí
này ở nồng độ cao kích thích mạnh lên niêm mạc, mặt, mũi, đường hô hấp dễ dị ứng
tăng tiết dịch, hay gây phỏng do phản ứng kiềm hóa kèm theo tỏa nhiệt, gây co thắt
7
khí quản và gây ho. Đặc biệt, nó có thể hủy hoại đường hô hấp, từ phổi vào máu,
lên não gây nhức đầu và có thể dẫn đến hôn mê. Trong máu, NH3 bị ôxy hóa tạo
thành NO2 làm hồng cầu trong máu chuyển động hỗn loạn, ức chế chức năng vận
chuyển ôxy đến các cơ quan, làm cho trẻ bị xanh xao, trường hợp nặng có thể gây
thiếu ôxy ở não, dẫn đến nhức đầu, mệt mỏi, hôn mê thậm chí có thể tử vong . Tác
hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm được thể hiện trong Bảng 1.4
Bảng 1.4. Tác hại của amoniac lên người, gia súc, gia cầm [15]
Đối tƣợng Nồng độ NH3 Tác hại
Người
Liên tục tiếp xúc > 6 –
20 ppm
Ngứa mắt, khó chịu ở đường hô hấp
100 ppm trong 1 giờ Ngứa ở bề mặt niêm mạc
400 ppm trong 1 giờ Ngứa ở mặt, mũi, cổ họng
1720 ppm (<30 phút) Ho, co giật dẫn đến tử vong
700 ppm (<60 phút) Lập tức ngứa mắt, mũi và cổ họng
5000 – 10000 ppm (vài
phút)
Gây khó thở, ngạt thở, xuất huyết
phổi, ngất, có thể tử vong
> 10000 ppm Tử vong
Lợn
> 10 ppm Gia tăng tỷ lệ gia súc bị ho
50 – 100 ppm Giảm tăng trọng/ngày: 12 -13%
61 ppm Giảm 5% lượng ăn
Gà
> 30 ppm Giảm sản lượng trứng và thịt
30 ppm Gây hội chứng viêm phổi
(Dương Nguyên Khang, 2004)
* Ảnh hưởng của khí H2S
H2S là khí không màu, mùi trứng thối, được sinh ra trong quá trình khử các
amin chứa lưu huỳnh trong thời kỳ ủ phân, lưu trữ và xử lý kị khí chất thải. H2S là
khí kích thích và gây ngạt. Các phản ứng kích thích trực tiếp vào mô gây viêm
màng kết. Hít phải H2S sẽ gây kích thích đối với toàn bộ cơ quan hô hấp và có thể
mắc các bệnh về phổi. Ở 1.500 - 3.000 mg/m3 , H2S sẽ hấp thụ từ phổi vào máu gây
8
thở gấp và kìm hãm hoạt động hô hấp [15]. Ở nồng độ cao hơn, H2S ngay lập tức
làm tê liệt trung tâm hô hấp. Thông thường nạn nhân sẽ chết do ngạt thở trừ khi
được hô hấp nhân tạo kịp thời. Đây là ảnh hưởng độc hại đáng chú ý nhất của độc
tính cấp của Hydrosulphur theo đường hô hấp cao, sự kích thích mắt xảy ra ở nồng
độ 15-30 mg/m3 [15].
* Ảnh hưởng của khí CH4
Khí mêtan là sản phẩm cuối cùng của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu
cơ dễ phân hủy trong chất thải chăn nuôi. CH4 là khí không màu, không mùi, có thể
cháy. Trong không khí nếu nồng độ CH4 chiếm từ 45% trở lên thì sẽ gây ngạt thở
do thiếu ôxy. Nếu tiếp xúc với CH4 ở nồng độ 40000 mg/m
3
sẽ dẫn đến tai biến cấp
tính biểu hiện bởi các triệu chứng như tức ngực, chóng mặt, rối loạn giác quan, tâm
thần, nhức đầu, buồn nôn, say sẫm Khi hít thở CH4 với nồng độ lên đến 60000
mg/m
3 sẽ dẫn đến hiện tượng co giật, rối loạn tim và hô hấp, thậm chí gây tử vong.
Khí mêtan nếu được thu gom có thể sử dụng làm nguồn năng lượng [15].
* Ảnh hưởng của CO2
CO2 là khí không màu, không mùi, không cháy. Trong không khí, nồng độ
CO2 khoảng 0,3 – 0,4%. Nồng độ CO2 trong chuồng nuôi phụ thuộc vào nhiệt độ,
độ thông thoáng và số lượng vật nuôi vì nó là sản phẩm của quá trình phân hủy chất
thải.
Khi tiếp xúc với khí CO2 ở nồng độ thấp gây trầm uất, tức giận, ù tai, có thể
ngất. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 10% sẽ gây mệt mỏi, nhức đầu, rối loạn thị
giác. Khi tiếp xúc với CO2 ở nồng độ 20 – 30% ngoài triệu chứng trên còn có thể
dẫn đến tim đập yếu, ngừng đập. Khi nồng độ CO2 lên đến 50%, nếu tiếp xúc với
khí này trong thời gian khoảng 30 phút sẽ tử vong [15].
* Ảnh hưởng của bụi
Bụi trong hoạt động chăn nuôi cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
gia súc. Bụi bắt nguồn từ thức ăn, phân và các mô biểu bì của da. Bụi mang theo các
chất độc, chất lơ lửng và nhiều vi sinh vật gây bệnh. Khi người tiếp xúc với bụi sẽ
bị viêm đường hô hấp, đặc biệt khi hít phải các bụi có kích thước < 5 µm (Hạt bụi
9
nhỏ nên mũi không lọc được) sẽ kích thích tiết dịch và ho, rối loạn hô hấp và tổn
thương niêm mạc, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể người [15].
c. Ô nhiễm môi trường đất
Chất thải chăn nuôi không qua xử lý, được mang đi sử dụng cho trồng trọt
như tưới nước, bón cho cây, rau, củ,Những thực phẩm này làm thức ăn cho người
và động vật rất nguy hiểm. Nhiều nghiên cứu cho thấy khả năng tồn tại của mầm
bệnh trong đất, cây cỏ có thể gây bệnh cho con người và gia súc; đặc biệt là các
bệnh về đường ruột như thương hàn, phó thương hàn, viêm gan, giun sán,
1.1.3 Các phương pháp xử lý và tận dụng chất thải chăn nuôi
Nhiều biện pháp xử lý kỹ thuật khác nhau đã được áp dụng nhằm giảm thiểu
những tác động xấu đến trường do ô nhiễm từ chất thải chăn nuôi.. Trong đó, việc
quy hoạch và giám sát quy hoạch cả tổng thể và chi tiết chăn nuôi là biện pháp quan
trọng có tầm chiến lược. Kỹ thuật xử lý chất thải chăn nuôi là áp dụng các phương
pháp lý học, hóa học và sinh học để giảm thiểu ô nhiễm môi trường [23]
a. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng hầm Biogas (Hệ thống khí sinh học).
Trong thực tiễn, tùy điều kiện từng nơi, từng quy mô trang trại có thể sử dụng
loại hầm (công trình) khí sinh học cho phù hợp. Xử lý chất thải chăn nuôi bằng
công trình khí sinh học (KSH) được đánh giá là giải pháp hữu ích nhằm giảm khí
thải methane (Khí có khả năng gây hiệu ứng nhà kính) và sản xuất năng lượng sạch.
Hiện nay, việc sử dụng hầm Biogas đang được người chăn nuôi quan tâm vì vừa
bảo vệ được môi trường vừa có thể thay thế chất đốt hoặc có thể được sử dụng cho
chạy máy phát điện, tạo ra điện sinh hoạt gia đình và điện phục vụ trang trại.
Hình 1.1. Bể KSH composite và túi khí dự trữ
Công trình khí sinh học góp phần giảm phát thải theo 3 cách sau:
10
Thứ nhất: Giảm phát thải khí methane từ phân chuồng;
Thứ hai: Giảm phát thải khí nhà nhà kính do giảm sử dụng chất đốt truyền thống;
Thứ ba: Giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng phân từ phụ phẩm KSH thay thế
phân bón hóa học. Như vậy nhờ có công trình khí sinh học mà lượng lớn chất thải
chăn nuôi trong nông hộ sẽ được xử lý tạo ra chất đốt và chính điều đó sẽ góp phần
giảm phát thải khí nhà kính rất hiệu quả.
b. Xử lý chất thải bằng chế phẩm sinh học.
* Xử lý môi trƣờng bằng men sinh học:
Dùng bổ sung vào nước thải, dùng phun vào chuồng nuôi, vào chất thải để
giảm mùi hôi, dùng trộn vào thức ăn
Một số men bổ sung làm giảm ô nhiễm trong chăn nuôi được thể hiện trong
Bảng 1.5
Bảng 1.5. Một số chất men bổ sung
TT Chất men Bản chất Tác dụng Xuất xứ
1 Deodorase Chất tách từ thảo
mộc
Giảm khả năng sinh NH3 Thái Lan,
Đức
2 EM Tổ hợp nhiều loại vi
sinh vật
Tăng hấp thụ TA. giảm bài
tiết chất DD qua phân
Nhật Bản
3 EMC Thảo mộc, khoáng
chất thiên nhiên
Giảm sinh NH3, H2S, SO2,
giải độc đường TH
Việt Nam
4 Kemzym Enzym tiêu hóa Tăng hấp thụ TA. giảm bài
tiết chất DD qua phân
Thái Lan,
Đức
5 Pyrogreen Hóa sinh thiên
nhiên
Giảm khả năng sinh NH3 Hàn Quốc
6 Yeasac Tế bào men
Sacharomyces
Tăng hấp thụ TA. giảm bài
tiết chất DD qua phân
Đức, Thái
Lan
7 Lavedae Hóa chất Diệt dòi phân Thái Lan,
11
Đức
8 DK,
Sarsapomin 30
Chất chiết từ thảo
mộc
Giảm khả năng sinh NH3 Hoa Kỳ
* Chăn nuôi trên đệm lót sinh học
Chăn nuôi trên đệm lót sinh học là sử dụng các phế thải từ chế biến lâm sản
(Phôi bào, mùn cưa) hoặc phế phụ phẩm trồng trọt (Thân cây ngô, đậu, rơm, rạ,
trấu, vỏ cà phê ) cắt nhỏ để làm đệm lót có bổ sung chế phẩm sinh học. Sử dụng
chế phẩm sinh học trên đệm lót là sử dụng “bộ vi sinh vật hữu hiệu” với mong
muốn là tạo ra lượng vi sinh vật hữu ích đủ lớn trong đệm lót chuồng nhằm tạo vi
sinh vật có lợi đường ruột, tạo các vi sinh vật sinh ra chất ức chế nhằm ức chế và
tiêu diệt vi sinh vật có hại, để các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ từ phân gia súc
gia cầm, nước giải giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Hình 1.2. Chăn nuôi trên đệm lót sinh học
Theo kết luận trên thì chăn nuôi trên đệm lót sinh học giảm gây ô nhiễm môi
trường và phù hợp nhất đối với mô hình chăn nuôi nông hộ. Tuy nhiên điều đáng
lưu ý là đệm lót sinh học kỵ nước, sinh nhiệt nên địa hình cao ráo và việc làm mát,
tản nhiệt khi thời tiết nóng cần phải được quan tâm.
c. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ (Compost).
Xử lý chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu bã phế thải thực vật,
phân của động vật mà thông qua hoạt động trực tiếp hay gián tiếp của vi sinh vật
phân hủy và làm tăng cao chất lượng của sản phẩm, tạo nên phân bón hữu cơ giàu
chất dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng. Người ta chọn chỗ đất không ngập nước,
12
trải một lớp rác hoặc bã phế thải trồng trọt dầy khoảng 20cm, sau đó lót một lớp
phân gia súc hoặc gia cầm khoảng 20-50% so với rác (Có thể tưới nếu phân lỏng,
mùn hoai), tưới nước để có độ ẩm đạt 45-50% rồi lại lại trải tiếp một lớp rác, bã phế
thải trồng trọt lên trên đến khi đống ủ đủ chiều cao (Không sử dụng cỏ tranh, cỏ
gấu để ủ). Dùng tấm ni lông, bạt đủ lớn để che kín đống phân ủ. Cứ khoảng một
tuần đảo đều đống phân ủ và bổ sung nước cho đủ độ ẩm khoảng 45-50%, che ni
long, bạt kín lại như cũ. Ủ phân bằng phương pháp này hoàn toàn nhờ sự lên men tự
nhiên, không chất thải bằng hữu cơ (Compost) là sử dụng chủ yếu (Tuy nhiên nếu
được bổ sung men vào đống ủ thì tốt hơn).
Hình 1.3. Xử lý chất thải bằng ủ phân hữu cơ
Trong phân ủ có chứa chất mùn làm đất tơi xốp, tăng dung lượng hấp thụ
khoáng của cây trồng, đồng thời có tác dụng tốt đến hệ vi sinh vật có ích trong đất.
Phân ủ còn có tác dụng tốt đối với tính chất lý hoá học và sinh học của đất, không
gây ảnh hưởng xấu đến người, động vật và giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi
trường sinh thái.
d, Xử lý bằng công nghệ ép tách phân
Dựa trên nguyên tắc “lưới lọc” máy ép có thể tách hầu hết các tạp chất nhỏ
đến rất nhỏ trong hỗn hợp chất thải chăn nuôi, tùy theo tính chất của chất rắn mà có
các lưới lọc phù hợp. Khi hỗn hợp chất thải đi vào máy ép qua lưới lọc thì các chất
rắn được giữ lại, ép khô và ra ngoài để xử lý riêng còn lượng nước theo đường riêng
chảy ra ngoài hoặc xuống hầm KSH xử lý tiếp. Độ ẩm của sản phẩm (Phân khô) có
thể được điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng. Quá trình xử lý này tuy đầu tư ban
đầu tốn kém hơn nhưng rất hiện đại, nhanh, gọn, ít tốn diện tích và đang là một
13
trong những biện pháp hiệu quả nhất đối với các trang trại chăn nuôi lợn, trâu bò
theo hướng công nghiệp hiện nay.
e, Xử lý nước thải bằng ô xi hóa.
Phương pháp này thường được dùng đối với các bể lắng nước thải.
- Xử lý bằng sục khí.
Ở các bể gom nước thải (Không phải là KSH) người ta dùng máy bơm sục
khí xuống đáy bể với mục đích làm cho các chất hữu cơ trong nước thải được tiếp
xúc nhiều hơn với không khí và như vậy quá trình ô xi hóa xảy ra nhanh, mạnh hơn.
Đồng thời kích thích quá trình lên men hiếu khí, chuyển hóa các chất hữu cơ, chất
khí độc sinh ra trở thành các chất ít gây hại tới môi trường. Sau khi lắng lọc nước
thải trong hơn giảm ô nhiễm môi trường và có thể dùng tưới cho ruộng đồng
- Xử lý bằng ô-zôn (O3).
Để xử lý nhanh, triệt để các chất hữu cơ và các khí độc sinh tra trong các bể
gom nước thải, bể lắng, người ta đã bổ sung khí ô-zôn (O3) vào quá trình sục khí xử
lý hiếu khí nhờ các máy tạo ô-zôn công nghiệp. Ô-zôn là chất không bền dễ dàng bị
phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử: O3 → O2 + O. Ôxy nguyên tử tồn
tại trong thời gian ngắn nhưng có tính ô xi hóa rất mạnh làm cho quá trình xử lý
chất thải nhanh và rất hữu hiệu. Ngoài ra quá trình này còn tiêu diệt được một lượng
vi rút, vi khuẩn, nấm mốc và khử mùi trong dung dịch chất thải. So với phương
pháp sục khí thì phương pháp này có tốn kém hơn nhưng hiệu quả hơn.
- Xử lý bằng Hiđrô perôxit H202
Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) thường được ứng dụng rộng rãi như: Tẩy rửa vết
thương trong y tế, làm chất tẩy trắng trong công nghiệp,chất tẩy uế, chất ôxi
hóaNgười ta cũng có thể bổ sung Hiđrô perôxit H202 (Ô-xi-già) vào trong nước
thải để xử lý môi trường. Ô-xi-già là một chất ô xi hóa-khử mạnh. Thông thường ô-
xi-già phân hủy một cách tự nhiên theo phản ứng tỏa nhiệt thành nước và khí ôxy
như sau: 2 H2O2 → 2 H2O + O2 + Nhiệt lượng. Trong quá trình phân hủy (phản ứng
xảy ra mạnh mẽ khi có xúc tác), đầu tiên ô xi nguyên tử được tạo ra và tồn tại trong
thời gian rất ngắn rồi nhanh chóng thành khí ô xi O2. Ôxi nguyên tử có tính ôxi hóa
rất mạnh vì vậy đã ô xi hóa các chất hữu cơ, diệt khuẩn, khử mùi hiệu quả trong
14
dung dịch chất thải. Bổ sung ô-xi-già vào nước thải xử lý môi trường tuy có tốn
kém chút ít nhưng hiệu quả cao
1.2. Tổng quan về khí sinh học
1.2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình lên men tạo khí sinh học
Quá trình phân huỷ tạo khí mêtan là một quá trình phức tạp gồm 3 giai đoạn
chính với sự tham gia của nhiều loài VSV khác nhau, sản phẩm cuối cùng của quá
trình là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học mà thành phần chủ yếu là khí CH4.
Phương trình tổng quát của quá trình lên men được biểu diễn trong Hình 1.4:
* Giai đoạn thuỷ phân
Ở giai đoạn này, các vi khuẩn (VK) lên men và thuỷ phân tiết ra một loại
men (gọi là men hydrolaza) phân huỷ các chất hữu cơ phức tạp, không tan thành các
chất hữu cơ đơn giản và tan được. Ví dụ: Các chất cacbohydrat (chủ yếu là
xenluloza và tinh bột), chất béo, protein bị thuỷ phân biến thành các chất như đường
(1.4)
Hình 1.4. Quá trình lên men tạo Khí sinh học
15
đơn, peptit, glyxerin, axit béo, axit amin dễ tan trong nước. Như vậy các chất cao
phân tử đã chuyển hoá thành các chất đơn phân tử, sau đó lại được lên men thành
những chất trung gian mà chủ yếu là axetat, propionat và butyrat.
* Giai đoạn sinh axit
Với sự có mặt của các loài VK sinh axit, các axit béo bậc cao và axit amin
thơm được sinh ra ở giai đoạn đầu bị phân huỷ thành các axit hữu cơ có phân tử
lượng nhỏ hơn như các axit axetic, axit propionic, axit butyric... Các aldehyt, rượu
và một số loại khí như nitơ, hydro, cácbonic, amoniac...
Cả giai đoạn thuỷ phân và giai đoạn sinh axit nhu cầu oxy sinh học (BOD)
bằng không, ở giai đoạn này do sinh nhiều axit nên độ pH của môi trường giảm
mạnh.
* Giai đoạn sinh mêtan
Đây là giai đoạn quan trọng của toàn bộ quá trình, dưới tác dụng của các vi
khuẩn sinh mêtan các axit hữu cơ và các hợp chất đơn giản khác như axit axetic,
axit fomic, hydrocid cácbon ... Biến thành khí mêtan, khí cácbonic, oxy, nitơ, khí
sunfua hydro...
* Mối quan hệ giữa các quá trình lên men
Trong thực tế 3 giai đoạn trên xảy ra song song và đồng bộ với nhau. Sản
phẩm sinh ra ở giai đoạn này được sử dụng làm cơ chất cho giai đoạn sau. Nếu vì lý
do nào đó mà các giai đoạn không ăn khớp với nhau sẽ phá vỡ cân bằng động của
quá trình và ảnh hưởng rất lớn đến năng suất các sản phẩm cuối cùng của quá trình.
Như trong trường hợp axit sinh ra quá nhiều ở pha đầu, mà các vi khuẩn sinh mêtan
không tiêu thụ kịp, dẫn đến lượng axit của môi trường tăng, độ pH giảm mạnh, ức
chế quá trình hoạt động của vi khuẩn sinh mêtan và nếu quá nhiều sẽ làm cho quá
trình phân huỷ ngừng hẳn.
1.2.2. Các yếu tố ảnh hƣởng của quá trình lên men tạo KSH
Quá trình phân huỷ tạo KSH chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Những yếu tố
quan trọng nhất và cần thiết trong xây dựng, vận hành thiết bị, đảm bảo cho thiết bị
vận hành ổn định và sản sinh ra lượng KSH như mong muốn gồm
a. Mức độ kỵ khí
16
Sự có mặt của oxy hoà tan trong dịch lên men là một yếu tố không có lợi cho
quá trình phân huỷ kỵ khí. 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 VK quan trọng nhất,
chúng là những vi khuẩn kỵ khí bắt buộc. Sự có mặt của oxy sẽ kìm hãm hoặc tiêu
diệt các VK này, vì vậy phải đảm bảo điều kiện kỵ khí tuyệt đối của môi trường lên
men.
b. Nhiệt độ
Hoạt động của VK sinh mêtan chịu ảnh hưởng rất lớn của nhiệt độ [1]. Trong
điều kiện vận hành đơn giản, nhiệt độ lý tưởng vào khoảng 350C. Sản lượng khí
giảm rõ rệt khi nhiệt độ môi trường giảm, dưới 100C quá trình sinh mêtan hầu như
ngừng hẳn.
Các VK sinh mêtan không chịu được sự thay đổi nhiệt độ quá nhiều trong
ngày. Điều này sẽ làm giảm sản 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. Đôi khi ở những quá trình lên men nhanh người ta phải gia nhiệt
cho dịch lên men để giảm thời gian lưu trong các thiết bị lên men.
c. Độ pH
Độ pH tối ưu với hoạt động của VK là 6,8 - 7,5 tương ứng với môi trường hơi
kiềm. Tuy nhiên VK sinh mêtan vẫn có thể hoạt động được trong giới hạn độ pH từ
6,5 - 8,5.
d. Thời gian lưu
Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong thiết bị phân huỷ. Đây là
khoảng thời gian dịch lên men phân huỷ hoàn toàn và tạo ra khí sinh học.
Đối với phân động vật thời gian phân huỷ có thể kéo dài tới hàng tháng. Đối
với nguyên liệu thực vật, thời gian này kéo dài tới hàng năm.
Bảng 1.6. Thời gian lưu của các loại nguyên liệu (ở 270C) [1]
Loại phân Trâu, bò Lợn Gia cầm Ngƣời
Thời gian lưu (ngày) 50 40 30 60
Đối với thiết bị KSH hoạt động liên tục, thời gian lưu càng lớn thì khí thu
được từ một lượng nguyên liệu nhất định càng nhiều. Thời gian lưu được chọn còn
17
dựa trên đặc điểm thời tiết của khu vực và loại nguyên liệu nạp của địa phương. Ở
những vùng có nhiệt độ trung bình cao có thể chọn thời gian lưu ngắn hơn và ngược lại.
e. Hàm lượng chất khô
Hàm lượng chất khô là tỷ lệ giữa khối lượng chất khô và tổng khối lượng của
nguyên liệu, hệ số này thường được biểu thị là phần trăm.
Quá trình phân huỷ sinh 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%,
còn 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 KSH cần phải pha thêm nước. Tỷ lệ pha loãng
thích hợp là 2 - 4 lít nước cho 1 kg phân tươi.
f. Tỷ lệ cácbon và nitơ của nguyên liệu (C/N)
Các chất hữu cơ được cấu tạo bởi nhiều nguyên tố hoá học trong đó chủ yếu
là cacbon (C), hydrô (H), nitơ (N), phôtpho (P) và lưu huỳnh (S).
Tỷ lệ giữa trọng lượng cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu
là một chỉ tiêu để đánh giá khả năng phân huỷ 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 huỷ xảy ra chậm. Ngược lại tỷ lệ này
quá thấp thì quá trình phân huỷ ngừng trệ vì tích luỹ nhiều amôniắc là một độc tố
đối với vi khuẩn ở nồng độ cao.
Nói chung phân trâu, bò có tỷ lệ C/N thích hợp. Phân người và gia cầm có tỷ
lệ 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.
Bảng 1.7. Tỷ lệ cácbon và nitơ của một số chất [1, tr 98]
Chất thải Tỷ lệ (C/N) Thực vật Tỷ lệ (C/N)
Phân bò 24 - 25 Bèo tây tươi 12 - 25
Phân trâu 24 - 25 Rơm, rạ khô 48 - 117
Phân lợn 12 - 13
Phân gia cầm 5 - 15
18
Phân người 2,9 - 10
g. Các độc tố
Hoạt động của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số các độc tố. Trong thực tế
các loại thuốc hoá học như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, thuốc sát trùng, các chất kháng
sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm, dầu nhờn... Không được phép đổ vào các thiết
bị KSH.
Tóm tắt các điều kiện tối ưu cho quá trình sản xuất khí sinh học được cho ở
bảng dưới đây.
Bảng 1.8. Điều kiện tối ưu cho quá trình lên men tạo khí sinh học
TT Yếu tố ảnh hƣởng Giá trị tối ƣu
1 Nhiệt độ (0C) 30 - 40
2 pH 6,8 - 7,5
3 Thời gian lưu - Phân động vật
(ngày) - Thực vật
30 - 50
100
4 Hàm lượng chất khô (%)
- Phân động vật
- Thực vật
7 - 9
4 - 8
5 Tỷ lệ C/N 30/1
1.2.3. Thiết bị khí sinh học
a. Nguyên lý hoạt động của các thiết bị khí sinh học
Nguyên liệu (phân gia súc, phân người, gia cầm,..) được đưa vào bể nạp liệu
trộn khuấy đều với nước và theo ống nạp vào bể phân hủy. Quá trình phân hủy kỵ
khí xảy ra trong bể phân hủy. Khí sinh học tạo ra đẩy lên phía trên mặt thoáng của
hỗn hợp nguyên liệu - nước trong bể phân hủy. Phần bã sẽ thải theo ống dẫn vào bể
chứa nước thải.
Có hai phương thức hoạt động chủ yếu là: Hoạt động theo mẻ và hoạt động
liên tục
* Hoạt động theo mẻ (không liên tục): Toàn bộ nguyên liệu nạp đầy vào thiết bị
một lần. Mẻ nguyên này phân huỷ dần và cho khí sử dụng. Sau một thời gian đủ để
19
toàn bộ nguyên liệu được lấy đi và thay vào một mẻ nguyên liệu mới. Đối với thiết
bị hoạt động từng mẻ có thể không cần lối vào và lối ra.
* Hoạt động liên tục: Nguyên liệu được nạp đầy một lúc mới đưa thiết bị vào làm
việc. Sau đó một thời gian ngắn, nguyên liệu được bổ sung thường xuyên vào thiết
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 01050003436_1_4432_2002850.pdf