Tài liệu Tiểu luận tìm nhiểu về biogas

 ĐỀ TÀI Tìm nhiểu về Biogas  LỜI NÓI ĐẦU................................................................... 5 CHƢƠNG I : TỔNG QUANG LÝ THUYẾT .................. 10 I. khái niện biogas, khí sinh học. .................................... 10 II. lợi ích của biogas mang lại. ....................................... 11 III. nguồn nguyên liệu làm biogas và các yếu tố ảnh hƣởng. .............................................................................. 21 IV. các phản ứng hóa học và sự hình thành khí. .......... 24 V. phân loại hầm biogas . ............................................... 28 CHƢƠNG II : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................. 40 I. pH. ............................................................................... 40 II. TS (Total Solids) tổng chất rắn. ................................ 42 III. COD. ......................................................................... 44 IV. BOD5.......................................................................... 46 V. NITƠ TỔNG. ............................................................. 48 VI. PHOT PHO TỔNG. ................................................. 48 LỜI NÓI ĐẦU Vấn đề rác thải nông nghiệp ở nông thôn nói chung và rác thải chăn nuôi nói riêng hiện đang là một vấn đề đáng lo ngại của ngành nông nghiệp hiện nay, do vậy việc giải quyết vấn đề này vẫn còn đang là một bài toán khó. Ngành chăn nuôi thế giới hiện chiếm 70% diện tích đất nông nghiệp và 30% diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích đất bị băng bao phủ). Chăn nuôi đóng góp khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu. Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất và cung cấp một lƣợng lớn sản phẩm quan trọng cho nhu cầu của con ngƣời, ngành chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều vấn đề tiêu cực về môi trƣờng. Ngoài chất thải rắn và chất thải lỏng trực tiếp đƣợc thải ra hàng ngày thì còn có sự hình thành và thải ra một cách gián tiếp các khí thải gây hiệu ứng nhà kính nhƣ: CO2, CH4, N2O… chăn nuôi hiện đang đóng góp tới 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất, và theo dự đoán các loại chất thải này sẽ tăng lên trong thời gian tới. Theo dự báo về nhu cầu từ các sản phẩm chăn nuôi của thế giới, nguồn thực phẩm có nguồn gốc động vật sẽ tăng lên gấp đôi trong nữa đầu thế kỷ này. Do vậy chúng ta phải hƣớng tới một ngành chăn nuôi chất lƣợng cao, không chỉ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của con ngƣời về các sản phẩm có nguồn gốc động vật mà đồng thời phải chịu trách nhiệm với chính con ngƣời về mặt môi trƣờng và xã hội. Ở nƣớc ta, chất thải chăn nuôi cũng đã trở thành vấn nạn. Theo báo cáo của Cục chăn nuôi, hàng năm đàn vật nuôi của Việt Nam thải ra 80 triệu tấn chất thải rắn gồm :phân, chất độn chuồn, thức ăn thừa,xác gia súc, gia cầm chết, và các chất thải lò mổ, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất thải khí. Do vậy mà việc xử lý chất thải chăn nuôi ngày càng đƣợc các cơ quan quản lý nhà nƣớc, cộng đồng và chính những ngƣời chăn nuôi quan tâm. Tuy nhiên, ƣớc tính hiện nay, chỉ có khoảng 40-70% chất thải rắn đƣợc xử lý. Số còn lại thải thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch... Chất thải rắn có nguy cơ ô nhiễm do ít đƣợc xử lý triệt để nhƣ chất thải của trâu, dê, cừu. Đặc biệc trong ngành chăn nuôi lợn thì phải đối mặt với lƣợng chất thải rất lớn và nặng mùi khó chịu. Nguyên nhân là do lợn thải phân khoảng 2kg/con/ngày nhƣng do lợn hiện đƣợc chăn nuôi theo phƣơng thức công nghiệp, lƣợng thức ăn tinh nhiều nên phân thƣờng ít theo khuôn, mùi hôi nồng nặc, rất khó chịu. Chƣa kể chất độn chuồng và trong chăn nuôi lợn không đƣợc xử lý triệt để không những ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khoẻ của đàn lợn, đến sức khoẻ của ngƣời chăn nuôi, dân cƣ quanh vùng mà còn ảnh hƣởng tới thành phần cơ giới đất, gây hiện tƣợng phì dƣỡng, ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc ngầm, ô nhiễm không khí… Trong phân lợn nói riêng và trong các rác thải nông nghiệp nói chung có nguy cơ ẩn chứa rất nhiều mầm bệnh, do sự có mặt của rất nhiều chủng loại vi khuẩn có hại khác nhau, trong đó có sự có mặt của các loài nguy hiểm nhu e. coli, các trứng giun, sán và đây cũng là môi trƣờng thuận lợi cho các sinh vật có hại khác phát triển. Và khi đƣợc phân hủy thì phân này cũng tạo ra các khí có mùi khó chiệu,ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe của con ngƣời nhƣ H2S.và các khí gây hiệu ứng nhà kính: CO2, NH3, H2O… Nhƣ vậy vấn đề đặc ra là phải tìm đƣợc một giải pháp sao cho trƣớc hết là giải quyết đƣợc vấn đề ô nhiễm, thứ hai là có thể biến nguồn rác thải có hại đó trong ngành chăn nuôi thành một nguồn nguyên liệu có ích mà phục vụ đƣợc lợi ích cho con ngƣời trong sinh hoạt và sản xuất. Một trong những công nghệ mà cho đến hiện nay có thể phần nào đáp ứng đƣợc những yêu cầu về giải quyết chất thải chăn nuôi và làm cải thiện môi trƣờng trong chăn nuôi đó là công nghệ khí sinh học, biogas. Biogas đã đƣợc các nhà khoa học trên thế giới thực hiện từ những năm 1930. Ở Việt Nam, Biogas đƣợc nghiên cứu và ứng dụng từ những năm đầu của thập niên 60 và bƣớc đầu đã mang lại những kết quả khả quan. CHƢƠNG I : TỔNG QUANG LÝ THUYẾT I. khái niện biogas, khí sinh học. Biogas là sản phẩm khí của quá trình lên men kị khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp thành những hợp chất hữu cơ đơn giản trong đó có sản phẩm chính mà chúng ta cần là khí metan, khí này có thể sử dụng nhƣ là một loại nhiên liệu dùng để sinh nhiệt, thành phần chủ yếu của biogas gồm : CH4 (40-70 %), CO2 (35-40 %) và các khí khác với hàm lƣợng thấp nhƣ H2S, H2, O2, N2 … Khí CH4 sinh ra của biogas là một khí rất có ích cho cuộc sống của con ngƣời và góp phần vào việc giải quyết triệt để vấn đề môi trƣờng,đặc biệt là trong ngành chăn nuôi có thể nói công nghệ này mang lại rất nhiều lợi ích, và góp phần rất lớn trong việc phát triển kinh tế đất nƣớc và đặc biệt là đối với các nƣớc đang phát triển nhƣ chúng ta hiện nay.Đối với nƣớc ta hiện nay mặc dù công nghệ này mới đƣợc phát triển cách đây không lâu, khoản đầu thập niên 60 nhƣng khí CH4 sinh ra đã đƣợc ứng dụng vào rất nhiều mục đích và mang lại rất nhiều kết quả, chúng ta sẽ tìm hiểu các lợi ích chính mà biogas đã mang lại nhƣ. - Thứ nhất lợi ích về mặt xã hội - Thứ hai lợi ích trong nông nghiệp - Thứ ba lợi ích môi trƣờng. II. lợi ích của biogas mang lại. 1. giải quyết vấn đề chất đốt,lợi ích xã hội Việc phát triển khí sinh học là một bƣớc tiến quang trọng để tiến tới giải quyết vấn đề thiếu chất đốt ở nông thôn, đó là mối quan tâm của cộng đồng dân cƣ nông thôn. Sử dụng biogas, một chất đốt thu đƣợc từ các nguồn sinh vật dồi dào trong tự nhiên, là một nguồn thay thế cho các nhiên liệu rắn nhƣ than và củi đã mang lại một sự thay đổi cơ bản trong lịch sử chất đốt đối với các vùng nông thôn. Đó là một sáng tạo kỹ thuật quan trọng không chỉ giải quyết chất đốt cho nông dân và các dân cƣ ở nông thôn mà còn tiết kiệm đƣợc một lƣợng lớn than cho quốc gia. Phát triển biogas còn giải quyết đƣợc một số vấn đề nảy sinh khác do thiếu chất đốt.. Một lƣợng lớn lao động trƣớc đây dùng để kiếm củi và vận chuyển than có thể đƣa vào sản xuất nông nghiệp. việc giảm nhu cầu đun củi đã giảm đƣợc nạn phá rừng và tăng thêm diện tích rừng. Tiền để mua than và nhiên liệu rắn khác có thể tiết kiệm đƣợc và giảm nhẹ gánh nặng tài chính cho ngƣời dân, hàng năm tiết kiệm đƣợc một số tiền lớn cho quốc gia. Số lƣợng lớn than nhà nƣớc cung cấp cho nông thôn và chi phí khổng lồ vào việc vận chuyển cũng sẽ tiết kiệm đƣợc để đƣa vào xây dựng công nghiệp. sau khi phát triển biogas ngƣời phụ nữ đƣợc giải phóng khỏi các việc vặt trong gia đình và có thể tham gia vào sản xuất nông nghiệp nhiều hơn vì khi sử dụng gas để nấu bếp thì tiết kiệm đƣợc nhiều thời gian hơn là nấu bằng củi, do nhiệt năng mà gas sinh ra khi cháy cao, vào khoản 44.106 j/kg so với củi khô là 10.106 j/kg. sử dụng biogas hiệu quả cũng là một hình thức tiết kiệm điện năng và tiền bạc một ví dụ cụ thể Ở tỉnh Vĩnh Long, với tổng đàn heo hơn 320.000 con (năm 2009) thì lƣợng phân thải ra hơn 300.000 tấn/năm. Theo tính toán của các nhà chuyên môn, mỗi con heo thải ra môi trƣờng khoảng 1 tấn phân/năm. Nếu thu gom hết, sử dụng sản xuất biogas thì mỗi năm có thể sản xuất đƣợc 13,5 triệu khối khí mêtan, cung cấp gần 30 triệu KWh điện năng, nếu tính bình quân giá điện hiện nay là 3000đ/kwh thì mỗi năm có thể tiết kiệm đƣợc 90 tỉ đồng cho quốc gia và làm giảm đáng kể giá thành chăn nuôi (khoảng 7- 10%) Biogas có thể dùng để thắp sáng và công suất của loại đèn dùng biogas cũng rất đa dạng có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu của mọi ngƣời. 2. kích thích sản xuất nông nghiệp Phát triển biogas là một con đƣờng quan trọng để kích thích sản xuất nông nghiệp, biogas làm tăng đáng kể số lƣợng và chất lƣợng phân hữu cơ, phân ngƣời và súc vật, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá cây đều có thể trở thành phân bón sau khi lên men qua phân hủy ở những hầm biogas đậy kín không khí. Thay vì trƣớc kia sau khi thu hoạch có thể mang rơm về nhà làm chất đốt thì bây giờ rơm đƣợc ủ trực tiếp ngoài đồng để làm phân bón hoặc có thể mang về ủ trong hầm biogas vừa lấy đƣợc khí gas để sử dụng mà lại có phân để bón cho ruộng, bã thải biogas còn dùng làm thức ăn khô cho gia súc,các thành phần dinh dƣỡng trong bã thải của biogas đã đƣợc tăng lên rất nhiều lần, Thành phần nitơ của chúng đƣợc chuyển thành amoniac dễ dàng hấp thụ hơn đối với các cây trồng, nhƣ vậy cải thiện đƣợc phân bón. Theo kết quả nghiên cứu của các viện nông nghiệp thì thành phần amoniac của phân hữu cơ đƣợc ủ men trong 30 ngày ở một hầm biogas đã tăng lên 19.3% và thành phần photphat hƣu ích tăng lên 31.8%.ủ kín phân hữu cơ này trong các hầm biogas cũng ngăn cản đƣợc sự bốc hơi và mất mát amoniac. Phân đƣợc ủ trong các hầm biogas đã chứng tỏ làm tăng năng suất nông nghiệp. theo thực nghiêm, năng suất ngô có thể tăng 28%.lúa nƣớc tăng 10% . lúa mì tăng 12,5% . bông tăng 24,7%. Nếu dùng nƣớc thải từ hầm biogas để ngâm hạt giống thì số lƣợng hạt giốn này mầm sẽ tăng cao hơn hẳng so với hạt giống không đƣợc ngâm phân. Các thân cây, các loại cỏ dại mọc ở nƣớc, lá cây và các chất thải khác đều là những vật liệu tốt cho việc sản xuất biogas . Ngƣời nông dân có thể tích trữ đƣợc các vật liệu này để đƣa vào hầm biogas trong bất kỳ thời gian nào, do vậy làm tăng nguồn phân bón cho cây trồng. Các chất hữu cơ nhƣ phân động vật, các loại cây xanh, sau khi phân hủy để sản xuất biogas lại trở thành một loại phân hữu cơ giàu dinh dƣỡng. các nguyên tố N,P,K của nguyên liệu sau khi phân hủy hầu nhƣ không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng phân mà cây trồng dễ hấp thụ. Thí nghiệm đã cho thấy phân đƣợc phân hủy trong thiết bị biogas so với phân đƣợc lƣu giữ trong bể chứa phân để hở có hàm lƣợng nitơ tổng số cao hơn là 14% và hàm lƣợng nito amoni cao hơn là 19,4%. Bã thải của thiết bị cả phần lỏng và phần đặc khi sử dụng để bón cho cây đều cho năng suất tăng. khi đƣợc bón loại phân này thì cây trồng phát triển khỏe mạnh ít sâu bệnh. Tác dụng cải tạo đất của loại phân này cũng thể hiện rõ sau 2 – 3 năm bón liên tiếp. Cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi khi các chất hữu cơ phân hủy kỵ khí, một phần quan trọng đƣợc chuyển hóa thành các axit amin mới do quá trình tăng trƣởng sinh khối của các vi khuẩn. Chẳng hạn với phân trâu, bò ngƣời ta đo đƣợc toàn bộ các axit amin đã tăng 230% sau khi phân hủy. Ngoài ra một lƣợng lớn B12 đáng kể đƣợc tổng hợp trong quá trình phân hủy. để sử dụng đƣợc nguồn này làm thức ăn cho gia súc, gia cầm ngƣời ta thƣờng tiến hành lấy bã thải lên và tiến hành sấy khô, đóng thành bánh và để dành cho gia súc, gia cầm sử dụng trực tiếp. Nuôi thủy sản khi sử dụng bã thải làm thức ăn cho cá thì, các chất dinh dƣỡng kích thích sự phát triển của các thực vật phù du lẫn các động vật phù du là nguồn thức ăn cho cá. Do vậy sản lƣợng cá tăng đáng kể. Nguồn chất thải biogas cũng là một loại thức ăn vô cùng tốt cho việc nuôi giun của các hộ có nuôi giun. 3. biogas góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường. Phát triển chƣơng trình biogas cũng là con đƣờng hiệu quả để giải quyết vấn đề phân bón và cải thiện vệ sinh môi trƣờng, tiêu chuẩn sức khỏe ở nông thôn. Nó là biện pháp để thủ tiêu các trứng sán, giun, và các loại ký sinh trùng khác sống trong mọi loại phân. Thu gom tất cả các phân thải của gia súc và ngƣời vào một hầm biogas là cách giải quyết vấn đề chất thải tốt nhất . Viện ký sinh trùng của nhiều nƣớc đã công bố rằng: sau khi ủ lên men, bã thải chỉ còn rất ít trứng các ký sinh trùng.giun sán giảm bớt 95%. số lƣợng trứng sán, giun và các ấu trùng gây hại khác tìm thấy có thể giảm tới 99%. Nơi nào phát triển hầm khí sinh vật tốt, nơi đó sẽ kiểm soát có hiệu quả các bệnh về kí sinh trùng và bệnh giun sán, vệ sinh nông thôn đƣợc biến đổi tốt hơn, ngƣời làm nông nghiệp đƣợc bảo vệ, tiêu chuẩn chung về bảo vệ sức khỏe đƣợc nâng lên rõ rệt. Ngoài ra nhƣ trên ta đã nói thì trong thành phần khí sinh học do phân hủy xác của các sinh vật nên có một lƣợng lớn khí metan khoản trên 50% lƣợng khí thoát ra và 30% còn lại là cacbonic và hơi nƣớc, đây là các khí góp một phần rất to lớn trong việc gây nên hiệu ứng nhà kính, một vấn đề nóng bỏng không kém. Nhƣ vậy việc gom xác động thực vật lại để phân hủy một chỗ và sử dụng khí metan là một cách góp phần giảm nguy cơ gây hiệu ứng nhà kính. 4. biogas và vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp Phát triển biogas cũng có thể tạo nên một nguồn nhiên liệu mới cho việc cơ giới hóa nông nghiệp. Hiện nay, ở một số quốc gia trong đó có Việt Nam, biogas đƣợc dùng với số lƣợng lớn không chỉ để nấu ăn, thắp sáng, mà còn để kéo các máy nông nghiệp.