Kỹ thuật xây dựng hầm bioga

kỹ thuật xây dựng hầm bioga

Tiếp cận năng lượng bền vững EASE Việt Nam

http://ease-vn.org.vn

Tài liệu đào tạo xây dựng hầm biogas – VACVINA cải tiến

Trung tâm Nghiên cứu, phát triển Cộng đồng nông thôn

công nghệ khí sinh học

Mô hình Biogas VACVINA cải tiến

Phần thứ nhất

Giới thiệu

công nghệ Khí sinh học vμ mô hình biogas Vacvina cải tiến

I.Lời mở đầu:

Biogas hay còn gọi là khí sinh học, là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí, trong đó thành phần chủ yếu là khí Mê-tan (CH4) Công nghệ Biogas giúp chúng ta giải quyết những vấn đề mang tính chất chiến lược như:

- Xử lý an toàn chất thải trong chăn nuôi, làm sạch môi trường và phòng ngừa các bệnh truyền nhiễm

- Tạo nguồn khí đốt cho gia đình rẻ tiền, sạch sẽ, sử dụng tiện lợi và giải phóng sức lao

động phụ nữ trong công việc nội trợ Đặc biệt là ở các khu vực miền núi, Biogas giúp cho việc giảm bớt các nhu cầu tiêu thụ gỗ củi, giảm chặt phá rừng

- Sử dụng bã thải từ hầm Biogas để kết hợp với các loại phế thải nông nghiệp để sản xuất phân hữu cơ sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản và trồng trọt cho năng suất cao và cho các sản phẩm nông nghiệp sạch

Hiện nay, chăn nuôi gia súc và gia cầm ở các vùng nông thôn đang chiếm một vị trí quan trọng trong phát triển kinh tế hộ gia đình Song, bên cạnh đó, các biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi chưa được coi trọng, nên vấn đề môi trường ở các khu vực nông thôn đang phải đứng trước những thách thức lớn bởi tình trạng ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng hơn

Để thúc đẩy mạnh mẽ sự tham gia của các hộ gia đình nông dân vào việc ứng dụng công nghệ Biogas nhằm xử lý chất thải chăn nuôi, tạo khí đốt phục vụ sinh hoạt và bảo vệ môi trường thì điều cần thiết nhất là cần phải có một Mô hình công nghệ phù hợp với những điều kiện phát triển kinh tế

2

và xã hội của nông thôn Việt Nam Do vậy, việc thiết kế các mô hình với các đặc tính kỹ thuật, sự vận hành và chu trình phân huỷ vật chất hữu cơ, cấu tạo và kỹ thuật thi công xây dựng hầm phân huỷ phải được xem xét và tính toán trên cơ sở những yếu tố cơ bản nhất thoả mãn các điều kiện sau đây:

1 Hầm phải được thiết kế đơn giản và xây dựng dễ dàng, phù hợp với trình độ của người thợ xây ở các vùng nông thôn, nhằm nhanh chóng nhân rộng mô hình

2 Phải triệt tiêu hoàn toàn khả năng phát triển lớp váng trong hầm phân huỷ, nhằm đảm bảo sản xuất ga ổn định

3 Hầm phân huỷ phải có được tuổi thọ trung bình 20 năm trở lên

4 Việc xây dựng hầm Biogas đảm bảo tiết kiệm tối đa diện tích đất đai của các hộ gia đình

5 Việc vận hành sử dụng và duy trì hoạt động phải đơn giản

6 Giá thành xây dựng phải phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ nông dân

Để thực hiện các ý tưởng trên, trong những năm gần đây Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Cộng đồng nông thôn (Thuộc Hội Làm vườn Việt Nam) đã tích cực theo đuổi một Chương trình Nghiên cứu & Phát triển Biogas Bằng những cố gắng và nỗ lực của mình Trung tâm đã thành công

trong việc cho ra đời một công nghệ mới với tên gọi: “Hầm Biogas VACVINA cải tiến” Mô hình

này được ra đời từ sự giao kết giữa các loại : Mô hình hầm xây có vòm cuốn của Trung Quốc, Mô hình túi ủ Biogas bằng chất dẻo Cô-lôm-bia và Mô hình bể phốt tự hoại nhằm kế thừa và phát huy các đặc tính ưu việt của các loại hầm nói trên, đồng thời tạo điều kiện cho Công nghệ Biogas phát triển bền vững

II.Tổng quan về các mô hình hầm khí sinh học biogas :

1.Hầm Biogas của Trung quốc: Đại diện cho các loại hầm xây có nắp hình vòm cuốn

Những hạn chế khi áp dụng vào điều kiện Việt Nam:

1 Bản vẽ thiết kế phức tạp, Thi công xây dựng khó khăn vì đòi hỏi sự chính xác cao Do vậy việc phổ cập, nhân rộng mô hình rất khó khăn

2 áp lực ga trong hầm lớn, nếu có một vết nứt nhỏ của hầm xuất hiện trong quá trình sử dụng

có thể làm cho ga bị thất thoát hoàn toàn theo vết nứt đó

3 Trong quá trình sử dụng lớp váng sinh học có thể xuất hiện và phát triển gây khó khăn và trở ngại cho sự phân huỷ và tạo khí sinh học trong hầm

4 Trong hầm phân huỷ thường xảy ra hiện tượng thiếu nước nếu Bể điều áp xây không đúng quy cách

5 Giá thành xây dựng cao

6 Công trình còn chiếm nhiều diện tích đất đai trong khu vực đất thổ cư của các gia đình

7 Khó khăn trong viêc xây dựng hầm Biogas cho các trang trại lớn (trên 50 lợn)

2.Túi Biogas bằng vật liệu chất dẻo/ túia ni – lông (Cô-lôm-bia)

III Mô hình Biogas VACVINA cải tiến

3.1 Sơ đồ tổng quát: (xem hình vẽ)

3.2 Ưu điểm của Hầm VACVINA cải

tiến:

1 Bể phân huỷ hình khối hộp chữ

nhật (hoặc có thể có hình dạng

bất kỳ) giúp cho việc xây dựng

đơn giản và dễ dàng

2 Nắp hầm có thể tận dụng làm nền

chuồng trại chăn nuôi gia súc, đỡ

tốn diện tích

Hạn chế:

• Dễ bị thủng do các tác động cơ học

• Dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời

• Vì đặt nửa chìm, nửa nổi trên mặt đất nên Túi Biogas chiếm diện tích đất đai

và gây khó khăn cho một số gia đình vùng ven đô thị không có điều kiện áp dụng vì chật chội

3 Hố xí của gia đình có thễ xây dựng ngay trên nắp hầm hoặc bên cạnh hầm và chất thải từ

hố xí cũng được đưa luôn vào bể này Do vậy các gia đình áp dụng loại hầm này không cần

phải đầu tư thêm việc xây hố xí tự hoại

4 áp lực ga thấp, túi dự trữ ga có thể thu toàn bộ ga từ bể phân huỷ tiện lợi và chủ động cho việc sử dụng ga để đun nấu hàng ngày

5 Việc nạp phân gia súc vào hầm cho phép thực hiện theo cách rơi tự do từ một hệ thống ống

si-phông vào hầm, cũng như chất thải của người được nạp vào hầm thông qua bệ xí bệt hoặc xí xổm vào hầm dễ dàng và liên tục hàng ngày Do đó Váng trong hầm phân huỷ

không có điều kiện phát triển, khí biogas sản xuất trong điều kiện ổn định

6 Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều (= gần 55% giá thành hầm nắp vòm có cùng thể tích)

4

phần thứ hai thực hμnh

kỹ thuật xây dựng hầm Biogas VACVINA cải tiến

Yêu cầu của bμi thực hμnh:

Thông qua bài thực hành các học viên nắm được các bước, các thao tác kỹ thuật xây dựng một hầm Biogas VACVINA cải tiến, gồm:

- Thiết kế hầm trên các địa hình khác nhau

- Kỹ thuật xây dựng hầm

- Kỹ thuật lắp đặt thiết bị cho hầm Biogas VACVINA

- Quy trình vận hành và sử dụng hầm Biogas VACVINA

a Xác định thể tích Hầm phân huỷ Biogas:

Tuỳ theo lượng gia súc chăn nuôi của các gia đình nhiều hay ít mà hầm phân huỷ cần được thiết kế lớn hay nhỏ cho phù hợp Tuy nhiên, thể tích của hầm phân huỷ Biogas được tính toán dựa vào một số vấn đề cơ bản có liên quan, gồm: Lượng chất thải từ nguồn gia súc chăn nuôi thường xuyên của hộ gia đình; Thời gian lưu tối thiểu của chất thải; Độ pha loãng của chất thải khi đưa vào hầm phân huỷ (Hàm lượng TS ),…

Thể tích của hầm phân huỷ Biogas được xác định theo công thức cơ bản sau đây:

V = Vck + Vph (1) Trong đó: Vck là thể tích của phần chứa khí trong hầm

Vph là thể tích của phần chứa chất thải và nước trong hầm

Vph = T x Vdm (2) Trong đó: T là thời gian lưu của chất thải trong hầm, có trị số: 45 - 50 ngày

Vdm là lượng nước và chất thải nạp hàng ngày, tính bằng lit/ngày

Vck = hS và S là diện tích mặt bằng của hầm, tính bằng m2; h là khoảng cách từ mặt dưới của nắp sàn tới mặt nước tĩnh trong hầm, tính bằng mét (m)

Đối với trang trại nuôi heo, chất thải từ đàn heo được đưa vào hầm phân huỷ là chủ yếu Công thức tính lượng nước và chất thải nạp hàng ngày Vdm được xác định như sau:

Vdm = (w + nL)T (3) trong đó: w = lượng nước (tính bằng lit) để pha loãng lượng phân từ n con heo với chất thải trung bình của mỗi con trong một ngày là L (tính bằng lit/ngày)

Với độ pha loãng tối ưu là 1:5 (một phần phân: 5 phần nước) Thay w = 5nL thì từ (1), (2) và (3) suy

ra: V= Vck + (5nL + nL)T = Vck + 6nLT

Cuối cùng: V= V ck + 6nLT (3)

là công thức để tính Thể tích hầm Biogas cho các trang trại nuôi heo

Trong đó: n là lượng heo nuôi thường xuyên trong gia đình (con)

L là lượng chất thải bình quân mỗi ngày từ 1 con heo (lit/con.ngày)

T là thời gian lưu (ngày)

b Chuẩn bị vật liệu

Khối lượng vật tư để xây dựng một hầm Biogas VACVINA thể tích 7m3 bao gồm:

1 Gạch đặc loại A viên 1.400

5 Thép xây dựng (φ 8) kg 30

6 ống nối bằng kẽm cái 1

7 ống nhựa PVC (φ 21) m 4

9 ống dẫn gas bằng nhựa mềm (φ21) m 15

11 Túi dự trữ gas cái 2

14 Keo dán nhựa, băng keo (cao su non)

15 Cuốc, xẻng, dao xây, bay, bàn xoa, level

c Quy trình xây dựng vμ lắp đặt thiết bị:

I Xây dựng hầm phân huỷ

1 Đμo hố:

• Xác định vị trí xây dựng hầm:

6

Tuỳ theo địa hình của mỗi gia đình, hầm có vị trí linh hoạt để đảm bảo thích hợp nhất cho mỗi khu vực chăn nuôi Do vậy hầm có thể bố trí bên cạnh chuồng hoặc ngay dưới nền chuồng trại; hình dạng của hầm cũng có thể được thiết kế linh hoạt theo địa hình

• Đào hố:

Sau khi xác định xong vị trí xây dựng hầm, tiến hành đào hố Các kích thước của hố cần

được đào rộng hơn để việc thi công được thuận lợi

Các kích thước của hầm tuỳ thuộc vào địa hình cụ thể nơi xây dựng hầm Tuy nhiên để vịệc

đầu tư xây dựng và vận hành tốt nhất ở quy mô hộ gia đình cần lưu ý các kích thước sau: Sâu tối

đa 3,0m; Rộng từ 1,5m – 2m còn chiều dài tuỳ thuộc vào thể tích thiết kế

Chú ý: Khi đμo hố ở những nơi

mực nước ngầm cao thì phải tạo hố thu

nước ngầm để thi công phần đáy (Hình

ngầm

Hình 1: Hố thu ngước ngầm

2 Đổ nền:

Sau khi đào hố với kích thước xác định, tiến hành thi công phần nền đáy theo các bước sau:

- Dùng gạch phồng hoặc đá (4 x 6cm) lát một lớp dầy 15cm, đầm kỹ

- Trải 1 lớp sỏi hoặc đá dăm (2 x 3cm)

- Đổ một lớp vữa bê tông (tỉ lệ 1 xi măng : 2 cát vàng : 3 đá) dày 5cm

Chú ý:

- Tại những vùng đất yếu, lớp vữa Bê tông

đáy cần được tăng cường một lưới cốt thép φ8/a = 20cm

- Nếu nền hầm có nhiều nước ngầm cần hút

nước liên tục trong quá trìnhh thi công Có thể dùng

ni-lông lót đáy chống nước ngầm.

3 Xây thμnh bể:

Sau khi nền bể đã được thi

công hoàn chỉnh, tiến hành xây thành

bể Thành bể được xây theo quy

phạm tường 10 (tường có độ dầy 1

viên gạch) Tường được xây bằng

gạch đặc loại A với vữa xi măng cát

30 cm

Vị trí lắp thiết bị

đầu vào

Hình 2: Đổ nền hầm

Vị trí lắp thiết bị

đầu ra

30 cm

Lớp vữa bê tông

với tỉ lệ pha trộn 1:4 (1 xi măng : 4 cát)

Chú ý: Chừa các các lỗ kỹ thuật theo vị trí

thiết kế để sau nμy lắp đặt các hệ thống đầu vμo, đầu ra (Hình 3)

+ Vị trí lắp thiết bị đầu vμo nằm ngay sát mép trên của bể, có kích thước cao 30 cm rộng

25 cm, có thể đặt ở nhiều vị trí khác nhau

thước cao 30 cm rộng 25 cm

Hình 3: Vị trí lắp đặt

hệ thống đầu vμo, đầu ra

4 Trát chống thấm, Đánh mμu:

Công việc trát giữ vai trò quyết

định trong việc đảm bảo cho công trình

kín nước và kín khí lâu dài Chủ yếu là

trát ở mặt trong của công trình

Vữa trát dùng cát vàng, sạch, trộn kỹ

với xi măng theo tỷ lệ 1:3 (Tức là 1 xi-măng-

3 cát)

Yêu cầu chung đối với việc trát là

phải đảm bảo độ dày đồng đều, lớp trát được

miết chặt, các góc cạnh phải bo tròn, theo trình tự sau đây:

- Cọ rửa sạch mặt tường trước khi trát, nếu tường bẩn

- Sau khi trát lớp vữa 1 cm và đợi cho lớp vữa này khô một chút thì dùng bàn xoa, xoa thật kỹ

- Sau 1-2 giờ chờ cho lớp vữa trên đủ khô lại trát tiếp lớp thứ 2 tương tự như trên, rồi

đánh màu bằng xi-măng nguyên chất

Chú ý: Khi trát để chừa lại phía mép trên của thành bể khoảng 5cm để sau khi đổ

bê tông mặt hầm sẽ trát tiếp phần tiếp giáp giữa thành bể và mặt bê tông (trát bo góc trên của thành bể) đảm bảo kín khí cho công trình (H.4)

5 Đổ bê tông cốt thép cho nắp hầm:

Sau khi đã xây xong thành bể, trát chống thấm, đánh màu xong, tiến hành đổ bê tông cốt thép cho nắp bể

Vì nắp bể có nhiệm vụ đậy cho bể kín khí

đồng thời còn để sử dụng làm nền chuồng trại

chăn nuôi gia súc ở trên hầm Do đó lớp bê tông

cốt thép làm nắp hầm có độ dày 10 cm, dạng

8

Hình 4: Trát chống thấm

Hình 5: Lắp hệ thống cốp-pha đổ nắp hầm

5cm

Lớp vữa trát

phẳng, đổ liền khối tại chỗ (tuyệt đối không dùng các cấu kiện bê tông đúc sẵn) Do đó công tác chuẩn bị cũng như tiến độ và kỹ thuật thi công cần được thực hiện giống như đối với việc đổ bê tông sàn nhà ở dân dụng (H 5)

Các bước tiến hành như sau :

5.1 Ghép cốt pha để đổ bê tông nắp hầm: Hệ thống cốt pha lắp đặt phải đảm bảo chắc chắn,

đúng kỹ thuật (Có hệ thống chống đỡ bên dưới các tấm cốt pha)

5.2 Xác định vị trí và tạo cửa thăm (lỗ kỹ thuật) khi đổ bê tông nắp hầm:

Cửa thăm có kích thước 50cm x 50cm được hình thành trước khi đổ bê tông nhờ một khuôn bằng

gỗ hình chóp cụt ngược (hình nêm) có kích thước đáy trên 50cm và đáy dưới 45cm và có chiều cao 10cm (H 6)

45cm

10cm

50cm

Hình 6: Khuôn gỗ tạo cửa thăm

Cửa thăm có vai trò:

- Là lối lên xuống để lấy cốt pha và hệ thống chống đỡ khi lớp bê-tông của nắp hầm

đủ độ cứng theo quy định và là lối xuống hầm để hoàn thiện việc lắp đặt các thiết bị (đầu vào,

đầu ra, ống thu gas )

- Là nơi thu cặn bã lắng đọng sau nhiều năm từ trong hầm Biogas (thường từ 7 - 10 năm)

Vị trí của cửa thăm trên bề mặt hầm phải được xác định để thuận tiện sử dụng và không

ảnh hưởng đến các hoạt động chăn nuôi sau này

5.3 Chuẩn bị cốt thép và buộc cốt thép: Thép xây dựng bố trí tại nắp hầm là loại thép φ8

được đan với mật độ 15cm x 15cm và có móc cả 2 đầu (hình 7) Đối với nắp hầm có diện tích lớn,

có chiều rộng vượt quá 2,5m thì việc tính toán và bố trí cốt thép cần có tư vấn của kỹ sư xây dựng

Hình 7: Chuẩn bị cốt thép và buộc cốt thép

Chú ý: Xung quanh lỗ kỹ thuật cũng cần đặt thêm các thanh thép làm cốt thép bổ xung và cốt thép tăng cường

5.4 Phối trộn Bê-tông, mác B200 (tỷ lệ pha trộn 1 ximăng : 2 cát : 3 sỏi)

5.5 Đổ Bê- tông, với độ dày 10 cm (khi tiến hành đổ nên cắt 2,3 chiếc cữ có độ dày 10cm chiếc cữ này có mục đích để ta đổ Bê tông được dày đều) Chú ý đặt luôn ống thu gas trong khi đổ ống thu gas bằng sắt Ф21, được đặt ở vị trí kín đáo không làm vướng vùng không gian chăn nuôi sau này

5.6 Đầm và bảo dưỡng bê-tông

5.7 Đổ nắp kỹ thuật: Sau khi đổ nắp bể được 2 - 3 giờ, mặt bê tông đã định hình, tiến hành tháo khuôn gỗ tạo cửa thăm, sửa sang và miết phẳng cạnh bê tông Sau đó lót giấy xi-măng, đưa cốt thép nắp kỹ thuật vào và tiến hành đổ với độ dầy bê tông 5cm Nắp kỹ thuật có kích thước mặt trên là: 50cm x 50cm và mặt dưới là 45cmx45cm Sử dụng thép xây dựng φ8/ a= 10cm, có móc 2

đầu Chú ý trong quá trình đan cốt thép cần bố trí thêm 2 quai xách bằng thép φ10 để sau này việc

mở nắp kỹ thuật được tiến hành thuận lợi

6 Đổ bê tông cốt thép cho bệ bếp:

Bệ bếp là nơi đặt bếp ga đun nấu của gia đình Vì thế để thuận tiện cho qua trình lắp đặt bếp sau này, khi đổ bê tông mặt bể ta tiến hành đổ luôn bệt bếp

Bệ bếp có kích thước 60cm x 120cm, đổ bê tông cốt thép dầy 6 - 8cm Thép sử dụng là thép xây dựng φ8 có móc 2 đầu, đan sắt với khẩu độ 20cm x 20cm

60 cm

120 cm

50 cm

Chú ý: Để 2 lỗ có đường kính φ27 cách nhau 45 -

50cm, cách thμnh bệ bếp 10cm để lắp đặt đường

ống dẫn ga (H 8).

Hình 8: Mặt bằng bệ bếp

II Lắp đặt thiết bị

Sau khi đổ bê tông nắp bể, nắp kỹ thuật và bệ bếp xong, chế độ bảo dưỡng bê-tông cần

được tiến hành theo quy định, nhất là bê tông được đổ trong thời gian có thời tiết nóng cao như mùa

hè Sau 7 ngày bê tông đông cứng ta có thể tháo cốt pha và tiến hành lắp đặt (Tuy nhiên, vì lúc này bê-tông chưa đạt tới cường độ làm việc nên tránh việc chất tải lên nắp hầm)

1 Lắp đặt thiết bị đầu vμo

10