Đồ án Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas ở xã an phú huyện Củ Chi - Tp Hồ Chí Minh và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT TÌNH HÌNH SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS TẠI XÃ AN PHÚ HUYỆN CỦ CHI - TPHCM VÀ ĐƯA RA GIẢI PHÁP NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG HẦM Ủ BIOGAS Ngành: MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Giảng viên hướng dẫn : ThS LÊ THỊ VU LAN Sinh viên thực hiện : TRẦN TẤN ĐỊNH MSSV: 09B1080016 Lớp: 09HMT2 TP. Hồ Chí Minh, 2011 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận văn là trung thực, đƣợc thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, khảo sát tình hình thực tiễn và dƣới sự hƣớng dẫn của Thạc sỹ Lê Thị Vu Lan. Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn. Tác giả luận văn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình hoc̣ tâp̣ và hoàn thành luâṇ văn này , tôi đã nhâṇ đƣơc̣ sƣ ̣ hƣớng dâñ, giúp đỡ quý báu của các thầy cô , các anh chị , các em và các bạn . Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tôi xin đƣơc̣ bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiêụ , Khoa Môi trƣờng và Công nghệ sinh học đa ̃taọ moị điều kiêṇ thuâṇ lơị trong quá trình hoc̣ tâp̣ và hoàn thành luâṇ văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị trong UBND Xã An Phú, Hội Nông dân, Hội Phụ nữ, Trạm thú y huyện và các hộ dân đƣợc phỏng vấn đã giúp đỡ cho tôi trong suốt quá trình thu thâp̣ số liêụ tại địa phƣơng để tôi có thể hoàn thành đƣơc̣ luâṇ văn Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thạc sỹ Lê Thị Vu Lan đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em nghiên cứu đề tài và hoàn chỉnh luận văn. Mặc dù bản thân đã rất cố gắng nhƣng chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong đƣợc nhận những ý kiến đóng góp bổ sung của quý thầy cô cùng các bạn. iii MỤC LỤC CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................. Error! Bookmark not defined. 1.1 Tính cấp thiết của đề tài .......................................... Error! Bookmark not defined. 1.2 Tình hình nghiên cứu .............................................. Error! Bookmark not defined. 1.3 Mục đích nghiên cứu .............................................. Error! Bookmark not defined. 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................. Error! Bookmark not defined. 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................ Error! Bookmark not defined. 1.6 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài .............................. Error! Bookmark not defined. 1.7 Kết cấu của luận văn ............................................... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG II: TỔNG QUAN ......................................... Error! Bookmark not defined. 2.1 Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp ..... Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogasError! Bookmark not defined. 2.1.2 Nguyên lý của quá trình chuyển hóa. .......... Error! Bookmark not defined. 2.1.3 Thành phần, tính chất biogas ...................... Error! Bookmark not defined. 2.1.4 Các yếu tố hóa lý ảnh hƣởng đến quá trình phân hủy sinh họcError! Bookmark not defined. 2.1.5 Lợi ích của công nghệ biogas trong nông nghiệpError! Bookmark not defined. 2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam . Error! Bookmark not defined. 2.3 Tổng quan về xã An Phú, huyện Củ Chi, TPHCM .. Error! Bookmark not defined. 2.3.1 Điều kiện tự nhiên – xã hội ......................... Error! Bookmark not defined. iv 2.3.2 Dân số và lao động ..................................... Error! Bookmark not defined. 2.2.3 Cơ sở vật chất ............................................. Error! Bookmark not defined. 2.2.4 Tốc độ tăng trƣởng kinh tế - cơ cấu ngành .. Error! Bookmark not defined. 2.2.5 Hiện trạng sản xuất nông nghiệp ................. Error! Bookmark not defined. 2.2.6 Tình hình phát triển mô hình biogas tại xã An PhúError! Bookmark not defined. CHƢƠNG III: NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined. 3.1 Nội dung 1: Khảo sát đánh giá hiện trạng hầm ủ biogas tại xã An Phú huyện Củ Chi, TPHCM. ............................................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu ................................. Error! Bookmark not defined. 3.1.2 Mục tiêu nghiên cứu ................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.3 Cơ sở thực hiện ........................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.4 Nội dung thực hiện ..................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.5 Phƣơng pháp thực hiện ............................... Error! Bookmark not defined. 3.2 Nội dung 2: Đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogasError! Bookmark not defined. 3.2.1 Cơ sở thực hiện ........................................... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Nội dung thực hiện ..................................... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ KHẢO SÁT VÀ THẢO LUẬNError! Bookmark not defined. 4.1 Kết quả khảo sát tình hình lắp đặt hầm ủ biogas của xã An PhúError! Bookmark not defined. 4.1.1 Kết quả khảo sát đàn gia súc trên địa bàn xãError! Bookmark not defined. v 4.1.2 Kênh thông tin mà ngƣời nông dân biết đến biogasError! Bookmark not defined. 4.1.3 Lý do ngƣời dân lắp đặt hầm ...................... Error! Bookmark not defined. 4.1.4 Các kiểu công trình biogas trên địa bàn...... Error! Bookmark not defined. 4.1.5 Chi phí lắp đặt ........................................... Error! Bookmark not defined. 4.2 Tình hình sử dụng biogas ........................................ Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Mục đích sử dụng khí gas ........................... Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Loại bếp sử dụng cho biogas ....................... Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Thời gian nấu ăn bằng biogas ..................... Error! Bookmark not defined. 4.2.4 Lƣợng khói trong nhà bếp ........................... Error! Bookmark not defined. 4.2.5 Mùi trong nhà bếp ...................................... Error! Bookmark not defined. 4.2.6 Tình hình vệ sinh của xoang nồi ................. Error! Bookmark not defined. 4.3 Kết quả công tác hổ trợ xây dựng hầm ủ ................ Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Công tác tập huấn, huấn luyện kỹ năng xây dựng hầm ủError! Bookmark not defined. 4.3.2 Công tác truyền thông ................................. Error! Bookmark not defined. 4.3.3 Hỗ trợ vay vốn ............................................ Error! Bookmark not defined. 4.4 Khó khăn và thuận lợi của ngƣời dân khi lắp đặt biogasError! Bookmark not defined. 4.4.1 Thuận lợi .................................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.2 Khó khăn .................................................... Error! Bookmark not defined. 5.1 Giải pháp quản lý .................................................... Error! Bookmark not defined. vi 5.2 Giải pháp kỹ thuật................................................... Error! Bookmark not defined. 5.2.1 Giải pháp 1: Xử lý sơ bộ chất thải trƣớc khi đƣa vào hầm phân hủyError! Bookmark not defined. 5.2.2 Giải pháp 2: Vận hành hầm ủ đúng yêu cầu kỹ thuật và khắc phục sự cốError! Bookmark not defined. 5.2.3 Giải pháp 3: Giảm thiểu nồng độ H2S trong biogasError! Bookmark not defined. 5.2.4 Giải pháp 4: Xử lý nƣớc thải chăn nuôi bằng công nghệ “đất ngập nƣớc”Error! Bookmark not defined. 5.2.5 Giải pháp 5: sử dụng hiệu quả bả thải sau khi nạo vét hấm ủError! Bookmark not defined. 5.3 Giải pháp hổ trợ ..................................................... Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................. Error! Bookmark not defined. 6.1 Kết luận ............................................................... Error! Bookmark not defined. 6.2 Kiến nghị ............................................................... Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 97 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 99 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Bộ NN & PTNT Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn Tp.HCM Thành Phố Hồ Chí Minh UBND Ủy Ban Nhân Dân HĐND Hội Đồng Nhân Dân Sở NN & PTNT Sở Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn VSMTNT Vệ sinh môi trƣờng nông thôn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Ƣớc lƣợng chất thải phát sinh từ động vật ............................................... 4 Bảng 2.2 Tính chất của chất thải động vật ................................................................ 6 Bảng 2.3 Lƣợng chất thải phát sinh và tính chất .................................................... 7 Bảng 2.4 Khối lƣợng chất thải từ động vật ............................................................ 8 Bảng 2.5 Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật ............................... 9 Bảng 2.6 Thành phần CH4, CO2 trong biogas sinh ra từ các hơp chất hữa cơ ......... 10 Bảng 2.7 Định mức năng suất tạo biogas từ chất thải chăn nuôi ............................... 10 Bảng 2.8 Khả năng sinh khí của một số loại chất thải ............................................ 10 Bảng 2.9 Sản lƣợng khí hàng ngày .......................................................................... 11 Bảng 2.10 Đặc điểm của quá trình chuyển hóa sinh hóa .......................................... 16 Bảng 2.11 Các phản ứng diễn ra trong quá trình phân hủy kỵ ứng với các loại cơ chất khác nhau ............................................................................................................... 16 Bảng 2.12 Trình bày thành phần và một số tính chất cơ bản của biogas ........................ 19 Bảng 2.13 Thành phần N và tỷ lệ C/N của chất thải động vật, chất thải vƣờn và chất thải sinh hoạt .......................................................................................................... 26 Bảng 2.14 Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại ..................................... 29 Bảng 2.15 Hiệu quả kinh tế thu đƣợc từ hầm biogas ............................................... 31 Bảng 2.16 Tổng quan chung về số lƣợng hầm ủ .................................................... 33 Bảng 2.17 Diện tích đất nông nghiệp xã An Phú .................................................... 48 Bảng 2.18 Tình hình đàn heo tại xã An Phú ............................................................ 49 Bảng 4.1 Kết quả điều tra, thống kê đàn gia súc .................................................... 52 Bảng 4.2 Lƣợng chất thải trung bình ngày của gia súc .......................................... 53 Bảng 4.3 Các kiểu hầm biogas đƣợc ngƣời dân sử dụng ...................................... 55 Bảng 4.4 Chi phí trung bình m3 của các hầm ủ .................................................... 56 Bảng 4.5 Lƣợng khói trong nhà bêp so với trƣớc .................................................. 59 ix Bảng 4.6 Mùi trong nhà bếp so với trƣớc .............................................................. 59 Bảng 4.7 Tình hình vệ sinh của xoang nồi so với trƣớc ....................................... 60 Bảng 4.8 So sánh ƣu – nhƣợc điểm của các kiểu hầm có trên địa bàn .................... 61 Bảng 5.1. Phƣơng pháp khắc phục sự cố hầm ủ .................................................... 65 Bảng 5.2 Thành phần N,P,K trong bã thải sau hầm biogas .................................... 70 Bảng 5.3 Thành phần dinh dƣỡng đa lƣợng và vi lƣợng trong bã thải ................. 71 x DANH MỤC CÁC HÌNH, BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Các bƣớc của quá trình tạo khí metan ....................................................13 Hình 2.2 Lƣợc đồ của quá trình phân hủy kỵ khí ..................................................15 Hình 2.3 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1........................................... 34 Hình 2.4 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2........................................... 35 Hình 2.5 Mô hình hầm biogas hộ gia đình..............................................................36 Hình 2.6 Hầm ủ nắp vòm cố định Trung Quốc ......................................................38 Hình 2.7 Hầm ủ nắp vòm cố định TG-BP...............................................................39 Hình 2.8 Túi biogas ...............................................................................................40 Hình 3.1 Bản đồ hành chánh xã An Phú huyện Củ Chi..........................................42 Hình 4.1 Sơ đồ phát phiếu điều tra.........................................................................52 Hình 4.2 Nguồn tiếp nhận thông tin về biogas của các hộ dân...............................54 Hình 4.3 Lý do lắp đặt hầm biogas………………………………………………55 Hình 4.4 Loại bếp sử dụng cho biogas ...................................................................57 Hình 4.5 Thời gian nấu ăn bằng biogas .................................................................58 xi TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tài liệu trong nước Gia Nguyên, 2008, Tác động môi trƣờng từ ngành chăn nuôi, Hoàng Mai Phƣơng Thuý, 2009, Phân tích lợi ích, chi phí của mô hình biogas tại xã An Phú huyện Củ Chi, Thành phố Hồ Chí Minh, luận văn cử nhân ngành Kinh Tế Tài Nguyên Môi Trƣờng, Trƣờng Đại học Nông Lâm, Thành Phố Hồ Chí Minh. Hồ Ngô Anh Đào, 2009, Đánh giá hiện trạng hầm ủ biogas ở các huyện ngoại thành Thành Phố Hồ Chí Minh, kiểm chứng mô hình hầm ủ biogas Thái Lan - Đức và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả; luận văn thạc sỹ, Trƣờng Đại Học Bách Khoa, TPCM Quyết định số 26/2008/QĐ-UBND ngày 01/04/2008 của UBND Thành phố về phê duyệt chƣơng trình Vệ sinh môi trƣờng nông thôn TpHCM giai đoạn 2008- 2010. Quyết định số 21/2002/QĐ-BNN ngày 21 tháng 3 năm 2002 về việc ban hành tiêu chuẩn ngành về Lĩnh vực môi trƣờng của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Nguyễn Anh Duy Hƣng ( 2009). Nghiên cứu tình hình sử dụng biogas trên địa bàn huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang và đƣa ra các giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas, luận văn cử nhân ngành Phát triển nông thôn, Trƣờng Đại học Nông Lâm, Thành Phố Hồ Chí Minh. Tài liệu dự án chƣơng trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, 2009 Trung tâm nƣớc sạch và VSMTNT, tài liệu hƣớng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành, bảo dƣỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008. xii TS Đỗ Ngọc Quỳnh, mô hình hầm ủ biogas trong chu trình sản xuất nông nghiệp khép kín, Đại học Cần Thơ. 2. Tài liệu nước ngoài B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Le Thi Xuan Thu, Biogas Engineer/Extension in charge – Biogas Project Division – The Biogas Program for the Animal husbandry sector of Viet Nam) 3. Trang Web Trƣờng Đại học Cần Thơ: www.ctu.edu.vn Trang web UBND huyện Củ Chi: www.cuchi.hochiminhcity.gov.vn xiii 26 Bảng 2.14 Thành phần N và tỷ lệ C/N của chất thải động vật, chất thải vườn và chất thải sinh hoạt Nguyên liệu N ( %) Tỷ lệ C/N Nguyên liệu N ( %) Tỷ lệ C/N Nguyên liệu N ( %) Tỷ lệ C/N 1. Chất thải chăn nuôi 2. Chất thải từ cây trồng 3. Chất thải sinh hoạt 1. Phân bò 1,7 25 1. Cỏ cắt xén 2,2 19 1.Chất thải khô 2,2 25 2. Phân cừu 3,8 20,1 2. Cỏ khô 4,0 18 2.Bánh mì 2,1 20 3. Phân ngựa 2,3 25,0 3.Lá rụng 0,2 203,0 3.Khoai tây 1,5 25 4. Phân heo 3,8 14,4 4. Rơm 1,1 48,0 4.Giấy 0,1 5. Phân gia cầm 6,3 5,2 5. Chất thải từ cây xanh 0,5 150,0 5.Chất thải từ nhà bếp 3,3 16 6. Phân người 6,0 8,0 6.Thân cây ngũ cốc 0,8 60,0 6.Giẻ rách 4,6 12 7. Chất thải từ nông trại 2,2 14,0 7.Chất thải hộ gia đình 0,5 41 8. Phân thỏ 3,8 20,1 9. Nước tiểu người 17,0 0,8 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher 27 Bảng 2.14 Thành phần và một số tính chất cơ bản của biogas Thông số Đơn vị CH4 CO2 H2 H2S Hỗn Hợp Khí Biogas ( 60% CH4 ;40% CO2) % thể tích % 55-70 27-44 1,0 3 100 Giá trị lưới năng lượng (n.c.v) Kj/Nm3 35.800 - 10.800 22.800 21.500 Giới hạn cháy nổ %V 8-10 - 4-80 4 – 4,5 6 – 12 Điểm bốc cháy 0C 650-750 - 585 - 650 – 750 Tỷ trọng (thông thường) g/l 0,72 1,98 0,09 1,55 1,2 Hệ số tỷ trọng với không khí 0,55 2,5 0,07 1,2 0,83 28 Kết quả phân tích chất lượng nước thải trước và sau hầm ủ biogas Chỉ tiêu Đầu vào Đầu ra Hiệu suất hầm ủ biogas Ao nuôi cá TCVN 6774 - 2000 TCVN 5945-2005 (B) Rạch tiêu thoát nước QCVN 08:2008/BTNMT ( cột B2) pH 6,84 6,75 - 7,2 6,5 – 8,5 5,5 – 9 6,6 5,5 – 9, 0 SS 1820 174 90,43 87 < 100 100 81 100 BOD5 956 335 64,95 123 < 10 50 152 25 COD 1760 876 51,36 137 - 80 186 50 Coliform 149.10 17 282.10 4  100 143105 - 5000 112. 104 10.000 1 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh tài nguyên năng lƣợng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lƣợng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trƣớc tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lƣợng khác nhau, nhất là năng lƣợng tái lập. Một trong những năng lƣợng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lƣợng có từ sự phân hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc nhƣ trâu, bò, heo…đó chính là năng lƣợng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Ở nƣớc ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trƣờng, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lƣợng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn. Riêng tại Củ Chi - một huyện ngoại thành của Thành phố Hồ Chi Minh, có số đàn gia súc lớn nhất thành phố, trong đó xã An Phú đƣợc đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhất huyện với 15263 con heo, 2326 con bò. Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trƣờng và chính sách kinh tế. Các biện pháp kỹ thuật phổ biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas; bể chứa phân: bón phân đã xử lý vào đất; sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải và sử dụng phân gia súc nhƣ một thành phần của thức ăn gia súc. Trong đó, xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm. 2 Để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình biogas có hiệu quả thì công việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng. Vì vậy đề tài luận văn Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú, huyện Củ Chi, TP.HCM và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong sản xuất trong nông nghiệp là rất cần thiết. 1.2 Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã An Phú huyện Củ Chi- TpHCM, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng. Từ đó đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phƣơng. 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu của Luận văn bao gồm: - Khảo sát và đánh giá hiện trạng sử dụng hầm ủ biogas xã An Phú huyện Củ Chi-TpHCM. - Đề xuất một số giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phƣơng 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp điều tra bằng câu hỏi - Lập câu hỏi trong đó liệt kê đầy đủ các thông tin cần khảo sát về hoạt động chăn nuôi ( loại gia súc, gia c