Nghiên cứu công nghệ khí sinh học tiên tiến phát điện và sử dụng bùn thải sau khi lên men yếm khí để sản xuất phân bón hữu cơ phát triển nông nghiệp sạch
Cùng với sự phát triển kinh tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, Việt Nam đang nỗ lực để xây dựng một nền kinh tế xanh và phát thải thấp qua việc xây dựng mục tiêu chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh. Hầu hết các quốc gia châu Âu, châu Mỹ và một số nước phát triển ở châu Á hiện nay đã làm chủ và không ngừng tối ưu hóa công nghệ phân hủy yếm khí, làm sạch khí sinh học, phát điện và sản xuất phân bón từ chất thải sau phân hủy. Đây là một phương pháp đem lại hiệu quả kinh tế và thân thiện môi trường. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập đến vấn đề xử lý bùn thải của các hệ thống xử lý nước thải kết hợp thu hồi biogas và sản xuất phân bón hữu cơ.
Quá trình lên men yếm khí bùn thải sinh ra lượng lớn khí H2S và CO2, cần phải được làm sạch trước khi được sử dụng cho mục đích phát điện. Trong phạm vi đề tài, việc làm sạch khí biogas được thực hiện bằng kỹ thuật quay ly tâm tốc độ cao thiết bị HGRPB (High Gravity Rotating Packed Bed) để đảm bảo tiêu chuẩn biogas chạy máy phát điện với nồng độ H2S < 50 ppm, CH4 ³ 85%, CO £ 2,0%. Tái sử dụng bùn thải làm nguồn phân bón nhằm nâng cao giá trị của bùn thải khi đóng góp vào việc bù đắp hay giảm một phần chi phí xử lý nước thải và bùn thải, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, phát triển nông nghiệp hữu cơ, đáp ứng được nhu cầu cấp thiết về nông nghiệp hữu cơ cùng với thực phẩm hữu cơ trong bối cảnh yêu cầu về an toàn thực phẩm và bảo vệ môi trường ngày càng tăng.
Hướng đến sự phát triển bền vững, đảm bảo cân bằng giữa phát triển kinh tế, hiệu quả xã hội và bảo vệ môi trường - cách tiếp cận đặc biệt phù hợp với các nước đang phát triển, nơi có nhiều vấn đề nghiêm trọng về môi trường, tình trạng thiếu nhân lực và năng lượng; ứng phó với biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường và có được những lợi ích kép về kinh tế - xã hội, việc xử lý chất thải thu hồi khí sinh học, đi đôi với việc phát điện phục vụ sản xuất và tận dụng phế thải cuối cùng làm phân hữu cơ sinh học làm giàu cho đất canh tác nông nghiệp và cây công nghiệp ngắn ngày đang là một bài toán mới cần thiết đặt ra cho khu vực Tây Nguyên Việt Nam. Do vậy, xuất phát từ thực tế tại khu vực tây Nguyên, kế thừa các kết quả nghiên cứu trước đó, PGS. TS. Đỗ Văn Mạnh và nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ môi trường - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ khí sinh học tiên tiến phát điện và sử dụng bùn thải sau khi lên men yếm khí để sản xuất phân bón hữu cơ phát triển nông nghiệp sạch tại Đắk Lắk” để xử lý môi trường, thu hồi năng lượng điện và sản xuất phân bón phát triển nông nghiệp góp phần vào sự phát triển và ổn định kinh tế khu vực Tây Nguyên.
Từ những kết quả thu được trong các nội dung nghiên cứu, nhóm thực hiện đề tài rút ra các kết luận như sau:
- Nghiên cứu đã đánh giá thực trạng và tiềm năng sản xuất khí sinh học tại khu vực 5 tỉnh Tây Nguyên, phần lớn bùn thải phát sinh trong hoạt động sản xuất của doanh nghiệp chưa được tận dụng hiệu quả, đa phần được xử lý bằng hình thức chôn lấp, thiêu đốt và đưa đi xử lý gây tốn kém và có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường.
- Toàn bộ lượng khí sinh học chưa được làm sạch, sử dụng để sấy nguyên liệu, sản phẩm và đốt bỏ. Hiện trạng này đã gây lãng phí lớn do hệ thống chứa khí và pép đốt nhanh bị ăn mòn dẫn tới tuổi thọ của động cơ ngắn.
- Kết quả khảo sát về số lượng và thành phần bùn thải tại Công ty Cổ phần Bia Sài Gòn-Miền Trung hoàn toàn phù hợp cho việc ứng dụng công nghệ khí sinh học tiến tiến để phát điện và sản xuất phân hữu cơ với công suất xử lý 20m3 bùn/ngày, phát điện ở 20kWh.
- Nghiên cứu đã tiến hành tính toán, thiết kế, xây dựng và lắp đặt 01 mô hình xử lý khép kín cho bùn thải ở quy mô 15 m3 bùn/ngày, công suất phát điện 20kW vận hành liên tục tự động cao. Mô hình đã đáp ứng và xử lý được toàn bộ lượng bùn thải ra hàng ngày tại doanh nghiệp, lượng điện tạo ra được sử dụng cho vận hành hệ thống. Nhóm nghiên cứu đã thiết lập được chế độ vận hành thích hợp cho các hạng mục kỹ thuật trong mô hình ở cả 2 chế độ bằng tay và tự động. Hai tài liệu hướng dẫn vận hành hệ thống đã được biên soạn và 3 cán bộ tại nhà máy được đào tạo để vận hành và kiểm soát toàn bộ hệ thống.
- Nhóm nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo và nội địa hoá hoàn toàn 02 thiết bị làm sạch khí ly tâm tốc độ cao (HGRPB) và xây dựng được quy trình hệ làm sạch biogas sử dụng dung dịch hấp thụ KOH đảm bảo chất lượng làm nhiên liệu phát điện theo tiêu chuẩn châu Âu (biogas sau khi làm sạch là: CH4: 87,6 - 89,2%; H2S < 50 ppm; CO: 0,9 - 1,6%) với những thông số vận hành cho quy trình như: pHKOH = 11; QG = 2,5 l/phút; QG/QL = 29 và w = 1200rpm) phù hợp với điều kiện của Việt Nam.
- Nhóm nghiên cứu đã tạo ra trên 100 tấn phân hữu cơ từ lượng bùn sau quá trình phân huỷ yếm khí với các thông số đạt và vượt theo quy định. Sản phẩm phân bón hữu cơ được bón cho cây trồng đã giúp cho việc cải tạo đất, làm cho đất có độ tơi xốp cao, năng suất cây trồng được nâng lên và chất lượng nông sản được thể hiện rõ rệt.
- Đã xây dựng 3 quy trình sử dụng phân hữu cơ phù hợp cho 3 loại rau ăn lá, ăn quả và ăn củ. Kết quả thử nghiệm phân tạo ra từ nghiên cứu trên 4 đối tượng rau như su hào, rau cải, rau muống và đậu cove tại 3 địa điểm khác nhau tại địa bàn tỉnh Đắk Lắk đã cho những kết quả rất tích cực thông qua đánh giá của người sử dụng.
- Sau khi hoàn thiện toàn bộ các nội dung nghiên cứu, kết quả đánh giá cho thấy dự án có đem lại hiệu quả kinh tế và khả năng hoàn vốn. Hơn nữa, với lợi ích về khía cạnh môi trường và thu hồi giá trị kinh tế từ chất thải cho thấy mô hình hoàn toàn có khả năng nhân rộng và mở rộng quy mô tại các nhà máy trong tương lai.
- Nghiên cứu cũng đã góp phần giải quyết khía cạnh khoa học từ lý luận đến thực tiễn. Điều này đã được chứng minh qua 1 bài báo khoa học quốc tế; 7 bài báo khoa học đăng trên các tạp chí trong nước; 2 cuốn sách; 1 bằng độc quyền giải pháp hữu ích; 1 giải pháp hữu ích, 1 sáng chế được Cục Sở hữu Trí tuệ chấp nhận đơn hợp lệ và đang trong quá trình hoàn thiện. Đây là những nguồn dữ liệu, tài liệu khoa học quý báu nên được sử dụng trong giảng dạy, nghiên cứu, bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội. Đặc biệt, từ ý tưởng, các kết quả thực nghiệm và công bố của đề tài đã được Hội đồng Giải thưởng Hitachi toàn cầu về đổi mới Sáng tạo châu Á 2020 chấm Giải nhất và được bình chọn Top 10 Sự kiện Khoa học và Công nghệ nổi bật năm 2020.
Công nghệ này áp dụng vào thực tế rất phù hợp với xu thế số hóa, thông qua quy trình vận hành tự động, tiết kiệm năng lượng và tạo ra năng lượng sạch từ rác thải, cụ thể trên ba khía cạnh: môi trường, năng lượng và nông nghiệp xanh. Đây là cột mốc quan trọng đánh dấu sự hoàn thiện của nghiên cứu, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Do đó, các địa phương nên mạnh dạn học hỏi, triển khai mô hình này cho phù hợp với thực tế. Các cơ quan quản lý về chính sách cần có những giải pháp hỗ trợ, khuyến khích để thúc đẩy phát triển mô hình này từ đề tài nghiên cứu thành mô hình cấp vùng hoặc quy mô nghiệp. Đặc biệt nên có chính sách khuyến khích hơn nữa các nghiên cứu theo hướng phát triển kinh tế xanh và tuần hoàn và hỗ trợ hoàn thiện nghiên cứu theo hướng ứng dụng công nghệ thông tin vào điều khiển hệ thống như Internet vạn vật (IoT).
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 19489/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
https://vista.gov.vn/
