Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

Chương 1 MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của mỗi Quốc
gia. Năng lượng là một trong các nhu cầu thiết yếu đối với sinh hoạt của nhân dân
và cũng chính là yếu tố đầu vào không thể thiếu của rất nhiều ngành kinh tế khác,
có tác động ảnh hưởng không nhỏ đến các hoạt động kinh tế, chính trị, văn hóa, xã
hội.
Ngày nay, do sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, các ngành
Công nghiệp sử dụng các dạng năng lượng tăng mạnh. Cùng với sự biến đổi khí
hậu diễn biến phức tạp nên việc sử dụng năng lượng ngày càng tăng nhằm đáp ứng
nhu cầu sử dụng năng lượng trên toàn cầu, nguồn năng lượng thiên nhiên dần cạn
kiệt đang dẫn tới tình trạng khủng hoảng về năng lượng trên toàn thế giới.
Chính vì vậy, việc tập trung chỉ đạo, đầu tư cho phát triển năng lượng tái tạo
luôn được ưu tiên chú trọng, nhằm đảm bảo an ninh năng lượng Quốc gia.
Việt Nam là nước phát triển nông nghiệp là chủ yếu, vì thế hàng năm chúng
ta thải ra môi trường hàng triệu tấn chất thải trong chế biến nông lâm, thủy hải sản,
chăn nuôi,… Đây chính là nguồn nguyên liệu sạch sản xuất năng lượng sinh khối
phục vụ sản xuất, đời sống sinh hoạt của người dân cũng như bảo vệ môi trường.
Ứng dụng công nghệ sinh học để xử lý nước thải và sản xuất khí sinh học từ
chất thải chăn nuôi là một biện pháp hữu ích hiện nay. Vì vậy, chọn đề tài “Nghiên
cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường”
2. Mục tiêu của đề tài

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

1


Chương 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
2.1.1 Đặc điểm tự nhiên.
Vị trí địa lý: Hòa Vang là một huyện ngoại thành bao bọc phía Tây của
Thành phố Đà Nẵng. Toàn huyện có diện tích đất tự nhiên là 736.91 km 2. Trong
đó, đât nông nghiệp là 599.73 km2, chiêm 81,38%.
Dân số là 120,698 người, mật độ trung bình 164 người/km 2 (số liệu thống kê
tháng 12/2011). Gôm 11 đơn vị hành chính trực thuộc. Trong đó Hòa Châu, Hòa
Phước, Hòa Tiên là 3 xã đồng bằng, Hòa Phong, Hòa Khương, Hòa Nhơn, Hòa
Sơn, Hòa Liên là các xã trung du và 3 xã miên núi là Hòa Phú, Hòa Ninh, Hòa
Bắc.
Điều kiện tự nhiên:
+ Địa hình: Trải rộng cả ba vùng đồi núi, trung du, đồng bằng. Địa hình
nghiêng từ Tây sang Đông, có nhiêu đồi núi, cao nhất là đỉnh Bà Nà (1.847m). Địa
hình có nhiêu đồi dốc lớn bị chia cắt bởi hai sông là Sông Cu Đê và Sông Yên.
+ Khí hậu: Hòa Vang là một vùng mang đặc thù khí hậu duyên hải Nam
Trung bộ, nhiệt đới gió mùa, lượng bức xạ dồi dào, nắng nhiều (hơn 2260 giờ
nắng/năm), nhiệt độ cao.
+ Nguồn nước, thủy văn: Trên địa bàn có hai con sông chính chảy qua đó là
S.Cu Đê và S. Yên. Ngoài ra còn một số khe, mương, ao hồ tạo nên nguồn nước
ngọt cho sinh hoạt và tưới tiêu khoảng 2,33 tỉ m3/năm.
+ Thổ nhưỡng: tổng diện tích đất tự nhiên là 70.734ha, đã đưa vào khai thác
và sử dụng hơn 80% diện tích. Trên địa bàn huyện có nhiều loại đất khác nhau như
đất phù sa, đất đỏ vàng, đất phèn, đất xám bạc màu, đất đen,…

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

3


Bảng 2.6: Giá trị sản xuất ngành nông nghiệp Huyện Hòa Vang giai đoạn
2006-2011
ĐVT: Triệu đồng
Ngành
Nông nghiệp
Trong đó
Trồng trọt
Chăn nuôi
Dịch vụ NN

2006
253,500

2007
267,600

2008
280,800

2009
295,300

2010
311,700

2011
324,200

214,200
23,500

khẳng định rằng dịch vụ nông nghệp trên địa bàn huyện chưa đáp ứng đủ nhu cầu
sản xuất của ngành nông nghiệp.
Kinh tế nông nghiệp trên địa bàn huyện Hòa Vang có bước tăng trưởng khá.
Giá trị đóng góp của ngành nông nghiệp trong tổng giá trị GDP toàn huyện trên
30%. Tỷ trọng đóng góp tuy giảm nhưng tổng giá trị tuyệt đối vẫn tăng đều qua các
năm.
Sản xuất nông nghiệp vẫn là ngành kinh tế chủ đạo của huyện, việc quan
tâm đầu tư cho phát triển nông nghiệp theo hướng bền vững được chú trọng, chất
lượng nông sản tăng lên, khả năng cạnh tranh trên thị trường ngày càng lớn, quy
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

5


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

mô sản xuất ngày càng tập trung, xuất hiện nhiều mô hình kinh tế HTX, trang trại
mới với nhiều hình thức, quy mô và chất lượng, hiệu quả năng suất cao.
Trong sản xuất nông nghiệp đã có kế hoạch quản lý khai thác, sử dụng tiết
kiệm các nguồn tài nguyên đất, nước,..đem lại hiệu quả kinh tế cao, và chú trọng
trong bảo vệ môi trường sống ở nông thôn. [1]
2.2.2 Tình hình phát triển ngành chăn nuôi
Đàn trâu, bò năm 2006 là 13,478 con đến năm 2011 là 15,430 con. Số lượng
đàn trâu, bò trên địa bàn huyện còn khiêm tốn, giá trị thu được từ đàn trâu, bò chưa
cao.
Tổng số đàn lợn năm 2011 là 78,770 con, tăng cao so với 2011 là 62,910
con. Số lượng đàn lợn tăng qua các năm.
Gia cầm chưa phát triển mạnh và tăng đều qua các năm. Năm 2006 là
257,988 con đến năm 2011 là 238,874 con. Các hộ dân nuôi gia cầm quy mô lớn

năng của nước ta. Mặt khác, do nhiều nguyên nhân mà mỗi năm có hàng chục triệu
tấn phế phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, thân cây ngô, đậu, v.v.) chưa được chú
trọng khai thác mà bị đốt tại nhiều vùng nông thôn gây ô nhiễm môi trường khu
vực.
2.3.2 Khí sinh học

Khí sinh học hay Biogas là một hỗn hợp khí methane(CH4) và một số khí
khác phát sinh từ sự phân hủy các vật chất hữu cơ. Methane cũng là khí tạo ra hiệu
ứng nhà kính gấp 21 lần so với khí cacbonic(CO2).
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ dưới tác động của quần thể các vi sinh
vật (chủ yếu là vi khuẩn) trong môi trường không có ôxi được gọi là quá trình phân
huỷ kỵ khí (yếm khí). Sản phẩm thu được từ quá trình này là một hỗn hợp khí cháy
bao gồm khoảng: 60% khí methane (CH4), 30% khí cacbonic (CO2) và 10% hỗn
hợp các khí khác (hidro H2, nitơ N2, ôxi O2, sunfuahidro H2S, ...). Quá trình này
còn được gọi là quá trình lên men methane và quần thể vi sinh vật ở trên được gọi
là các vi sinh vật methane. [7]
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

7


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

Sơ đồ quá trình lên men khí methane:

2.4

Hiện trạng sử dụng khí sinh học trên thế giới


các động vật được chăn nuôi trong trang trại, phụ phẩm nông nghiệp, chất thải của
lò mổ, chất thải của công nghiệp chế biến lương thực, bùn cống, rác thải hữu cơ
của các hộ gia đình sau khi đã phân loại. Các nhà máy này có chức năng rất quan
trọng trong việc đảm bảo vệ sinh môi trường của các khu dân cư, các gia đình sống
phân tán, mặt khác còn cung cấp một nguồn năng lượng đáng kể đối với những
khu vực này.
Tại Thuỵ Điển đã tiến hành làm sạch KSH (lọc bỏ tạp chất và hơi nước)
dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao thông từ những năm 90 của thế kỷ
XX, đặc biệt đối với phương tiện xe buýt công cộng. Năm 2007, 50% số phương
tiện giao thông chạy bằng KSH là trên đất nước Thuỵ Điển. [2]
Trung Quốc là nước đi sau trong công nghệ KSH trên thế giới, vì vậy việc
áp dụng và phát triển công nghệ KSH tại đây theo chiều rộng và đại trà. Thường
phát triển theo ba hướng là hướng hộ gia đình (theo hướng nông nghiệp sinh thái
trong đó công nghệ KSH giữ vai trò liên kết), hướng các công trình trung bình và
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

9


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

lớn (trong các trang trại chăn nuôi, lò mổ tập trung, nhà máy bia, rượu, đường,
dược phẩm) và hướng xử lý nước thải sinh hoạt trong các thành phố.
Tại Ấn Độ, việc ứng dụng toàn diện công nghệ KSH đối với đối tượng hộ
gia đình ở Ấn Độ chưa phát triển mạnh như Trung Quốc. Quá trình đưa công nghệ
KSH áp dụng vào các ngành khác cũng khá chậm chạp. Đặc biệt trong lĩnh vực xử
lý chất thải, nước thải các công trình KSH còn tương đối ít, trong khi đó công nghệ
được áp dụng tại đây được cung cấp bởi các nhà cung cấp nước ngoài.
2.5

Lợn
Trâu
Gia cầm

500kg vật nuôi/ngày
Thể tích
Trọng lượng
3
(m )
tươi (kg)
0.038
38.5
0.038
41.7
0.028
28.4
--6.78
0.028
31.3

(% khối lượng phân tươi)
Chất tan
Nitơ
Photpho
dễ tiêu
7.98
0.38
0.10
9.33
0.70

1.02
0.38

Hàm lượng CH4
(%)
57
69
60
68
---

Thời gian lên men
(ngày)
10
9
30
20
21

2.5.2 Khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi tại Việt Nam

Hơn 80% dân số Việt Nam sống ở nông thôn nên nguồn khí biogas được
xem là rất dồi dào. Đây là vấn đề quan trọng trong việc tiết kiệm nguồn năng lượng
dầu mỏ hiện nay. Tuy nhiên giá thành biogas còn cao hơn so với nhiên liệu từ dầu
mỏ và vấn đề cơ sở hạ tầng nên biogas vẫn chưa được sản xuất theo quy mô lớn
mà chỉ mới áp dụng theo mô hình nhà dân chăn nuôi kết hợp sản xuất biogas.
Ước tính trên cả nước có chừng 35000 hầm biogas phục vụ trong hộ gia đình
với sản lượng 500-1000 m3 khí/ năm/ hầm.
Công nghệ KSH trong những năm qua chủ yếu phát triển ở quy mô gia đình.
Hiện nay chưa có thống kê chính xác nhưng theo đánh giá của chương trình mục

đương (triệu TOE)

Tỷ lệ (%)

Phụ phẩm cây trồng:
Rơm rạ
PP các cây trồng khác
Tổng từ PP cây trồng

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

1470,13
3
318,840
1788,97
3

0,735

30,2

0,109

6,5

0,894

36,7

12

44,4
63,3
100,0

Chương 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH THU HỒI KHÍ SINH HỌC TẠI HUYỆN
HÒA VANG, ĐÀ NẴNG
3.1 Tiềm năng phát triển khí sinh học tại huyện
Ngành chăn nuôi phát triển chủ đạo, với nguồn chất thải từ ngành chăn nuôi,
trồng trọt và sản phẩm từ dịch vụ nông nghiệp là điều kiện thích hợp làm nguyên
liệu cho sản xuất khí sinh học.
Các chương trình hỗ trợ phát triển biogas đang được Nhà nước và các tổ
chức nước ngoài viện trợ.
Thành phần dân số chủ yếu ở độ tuổi lao động.
Giá dầu thô liên tục tăng gây sức ép đối với người dân sử dụng, nên việc tìm
kiếm nguồn nhiên liệu mới là hết sức cần thiết. Biogas là một giải pháp thích hợp
với huyện Hòa Vang nói riêng, nước Việt Nam nói chung.
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

13


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

3.2 Áp dụng mô hình thu hồi khí sinh học tại huyện Hòa Vang

3.2.1 Công nghệ thu hồi khí sinh học
Để sản xuất KSH người ta xây dựng hoặc chế tạo các thiết bị sản xuất KSH
gọi tắt là thiết bị KSH. Nhiên liệu để sản xuất KSH là các chất hữu cơ như: Phân
động vật, các loại thực vật (bèo, cỏ, rơm, rạ,...), các chất hữu cơ (rác thải sinh hoạt

và lên men được chuyển hoá thành hidro và axit axetic.
Giai đoạn 3. Giai đoạn sinh methane : Các phân tử H2 và CO2 kết hợp với
than tạo ra khí methane (CH4) và quá trình lên men các axit và rượu càng tạo thêm
nhiều khí methane.
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
CH3CH2OH + CO2 → CH3COOH + CH4
CH3COOH → CH4 + CO2
CH3CH2CH2COOH + H2O + CO2 → CH3COOH + CH4
Trong quá trình phân huỷ kỵ khí ba giai đoạn trên đều xảy ra đồng thời. Nếu
trong quá trình phân huỷ bất cứ một giai đoạn nào vượt trội hơn các giai đoạn còn
lại đều ảnh hưởng đến quá trình sản sinh khí methane.
3.2.2 Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng
Phương pháp kị khí với sinh trưởng lơ lửng được sử dụng khá phổ biến tại
Việt Nam, là quá trình phân hủy kị khí xáo trộn hoàn toàn và được thực hiện trong
công trình gọi là bể methane.
Các công trình này đều dựa trên phương thức phân hủy kị khí sinh methane
của các vi sinh vật lơ lửng có trong nước thải. Thiết kế cho các công trình có sự
khác biệt nhau từ quá trình đưa nước thải vào thiết bị cho đến các phương thức gia
nhiệt và thiết kế.
Thiết bị khí sinh học đơn giản được áp dụng cho nhu cầu dân sinh tại các hộ
gia đình tại huyện Hòa Vang có thiết kế đơn giản xây bằng gạch, hoặc bằng chất
liệu composite để xử lý chất thải trong chăn nuôi và các loại phế phẩm khác. Ứng
dụng này hiện nay khá phổ biến để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm và thu KSH để sử
dụng làm nhiên liệu đốt.

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

15



17


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

Ứng dụng công nghệ khí sinh học tại huyện Hòa Vang
+ Sơ đồ cấu tạo của bể khí sinh học xây bằng gạch ứng dụng cho hộ gia đình
với thể tích trung bình từ 8-10m3. [5]

+ Sơ đồ cấu tạo của bể khí sinh học làm bằng vật liệu composite ứng dụng
cho hộ gia đình với thể tích trung bình từ 7-9 m3. [5]

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

18


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

Bảng so sánh hai dạng công nghệ khí sinh học áp dụng tại huyện Hòa Vang.
Hầm xây bằng gạch
- Giá thành lắp đặt hợp lý với
quy mô hộ gia đình.
- Công nghệ và vận hành đơn
giản.
- Có thể dùng để xử lý các dạng
chất thải có thành phần chất hữu
cơ cao và khó phân huỷ.



Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

tạo nắp hầm cố định.
- Không có bộ phận tích trữ
KSH.

Chương 4 KẾT LUẬN
Khí sinh học ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển bền vững
của đât nước. Nó sẽ dần thay thế nguồn năng lượng gây hủy hoại môi trường, giúp
bảo vệ môi trường tốt hơn. Việc khai thác sử dụng còn theo lối hộ gia đình nên
hiệu quả thấp: hiệu suất thấp và gây ô nhiễm môi trường.
Vấn đề cấp bách để phát triển năng lượng khí sinh học nói riêng và năng
lượng tái tạo nói chung hiện nay là cần có chiến lược phát triển, những chính sách,
thể chế và quy hoạch cụ thể của nhà nước. Trên cơ sở đó có biện pháp huy động
Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

20


Nghiên cứu thu hồi khí sinh học từ xử lý nước thải chăn nuôi trên địa bàn huyện Hòa Vang
thành phố Đà Nẵng nhằm tiết kiệm năng lượng bảo vệ môi trường

vốn đầu tư, hỗ trợ từ các nguồn nhà nước, tư nhân, quốc tế... cho nghiên cứu triển
khai và phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, quy mô nhân rộng hơn.
Với điều kiện kinh tế xã hội hiện nay của huyện Hòa Vang, phát triển thu
hồi khí sinh học theo quy mô gia đình là hợp lý. Bởi kinh tế phát triển chủ yếu là
ngành nông nghiệp, dân lao động phổ thông, diện tích đất rộng,… sẽ là điều kiện

tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam”, Tạp chí khoa học
công nghệ.
7. Nguyễn Mạnh Tuấn, “Nghiên cứu giải pháp thu hồi năng lượng từ chất thải
làng nghề sản xuất chế biến nông sản Sen Chiểu, huyện Phúc Thọ, thành phố
Hà Nội bằng công nghệ khí sinh học”

Nguyễn Thu Phương – K31KTMT

22