tính toán thiết kế hầm sinh khí biogas sử dụng phân chuồng của trang trại chăn nuôi lợn công suất 300 con và ứng dụng khí biogas chạy máy nổ

Biogas được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí hay lên men các chất hữu cơ trong điều kiện không có không khí , có khả năng tạo ra nguồn năng lượng khá lớn và giải quyết tốt vấn đề

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

Giới thiệu tổng quan về hầm sinh khí Biogas sử dụng phân chuồng

Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học , là quá trình ủ phân rác , phân hữu cơ và bùn cống rãnh , để tạo ra nguồn khí sinh học để sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất , công nghiệp

Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho công nghiệp và cho đời sống ngày càng cạn kiệt Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng mới là đề tài được quan tâm ở Việt Nam và cả thế giới Trong đó, nguồn năng lượng được quan tâm đến đó là Biogas nhiên liệu, nó có ưu điểm than thiện với môi trường Biogas được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí hay lên men các chất hữu cơ trong điều kiện không có không khí , có khả năng tạo ra nguồn năng lượng khá lớn và giải quyết tốt vấn đề môi trường

Thành phần Biogas : CH4 , CO2 , N2 , H , H2S …., trong đó có các khí như

CH4 , CO2 là chủ yếu

Các công nghệ để chuyển các chất hữu cơ sang khí sinh vật tồn tại nhiều năm ở những nước phát triển và đang phát triển Khí sinh vật đốt trực tiếp để nấu ăn , thắp sáng và chạy động cơ

Qúa trình sản xuất khí sinh vật là tiến hành lên men sinh học cho các chất hữu cơ như: Các chất thải nông nghiệp, phân và các chất thải công nghiệp trong môi trường yếm khí ( làm thiếu oxi ) để sinh ra các khí meetan ( CH4

) và các thành phần khí khác như CO2 , O2 , H , N2 , CO2 Ngoài việc sản xuất sinh ra các khí trên, việc lên men các chất hữu cơ còn làm giảm thể tích của chúng để trở thành các chất ở dạng nhão, những chất này làm phân bón cho cây trồng rất tốt Một lợi ích nửa của quá trình này là tạo môi trường sức khỏe tốt cho cộng đồng Đây là một mô hình mới, vừa để xử lý ô nhiễm môi trường do nguồn thải chăn nuôi tạo ra, vừa đem lại hiệu quả kinh thiết thực, đặc biệt cho những hộ chăn nuôi gia súc gia cầm, tận dụng được nguồn chất thải gia súc và triệt tiêu mùi hôi hám khó chịu

Khí gas từ hầm Biogas này dung cho đun nấu rất tốt , nếu sử dụng đúng cách thì không hề ảnh hưởng gì tới sức khỏe con người, nước thải hệ thống đã được diệt hết 99% trứng giun sán, có thể tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới cho rau sạch, mang lại nguồn phân bón an toàn cho canh tác, hạn chế côn trùng phát triển, qua đó giúp giảm dịch hại từ 70-90%, bảo vệ sức khỏe người nông dân

Chăn nuôi phát triển thì vấn đề vệ sinh môi trường nông thôn cũng trở nên bức xúc Năm 1999, Trung tâm Tài nguyên và Môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình hầm sinh khí Biogas đảm bảo vệ sinh môi trường khu dân cư ” Trong quá trình triển khai, Trung tâm đã xây dựng 6 hầm thí điểm tại thị xã Vĩnh yên, huyện Bình xuyên và huyện Yên lạc Kết quả toàn bộ các mô hình trên đến nay đều hoạt động tốt và đã giải quyết cơ bản tình trạng ô nhiễm môi trường tại gia đình được áp dụng xây dựng hầm sinh khí Biogas thí điểm, không ảnh hưởng xấu đến môi trường và các hộ xung quanh, đồng thời tạo ra một lượng khí gas làm chất đốt cơ bản phục vụ sinh hoạt.

Ưu điểm và nhược điểm của hầm sinh khí Biogas

Về kinh tế : Giảm bớt một khoản chi phí xử lí chất thải, không mất tiền mua gas, điện gia dụng, phòng chống dịch bệnh trong chăn nuôi

Về năng lượng : Đem lại nhiều lợi ích trong việc đun nấu, thắp sáng, chạy động cơ đốt trong ( thay thế xăng, dầu dieden ), úm gà con, nuôi tằm, sưởi nhà kính

Về nông nghiệp: Nguyên liệu khi qua công nghệ Biogas thì một phần sẽ chuyển hóa thành khí Biogas, còn một phần là bã đặc và nước thải lỏng

Bã thải này có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: như dùng để làm phân bón ( giúp tăng năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh, nâng cao độ phì cho đất ); các mục đích khác ( xử lí hạt giống trước khi gieo trồng, nuôi thủy sản, trồng nấm…)

Về môi trường: Giúp cho môi trường trong lành hơn, không còn mùi hôi thối từ phân động vật gây ra

Công trình có cấu tạo hình khối cầu, gồm nhiều bộ phận lắp ghép với nhau nên dễ tháo rời và vận chuyển, dễ dàng cho việc thay thế sửa chữa và di dời đến địa điểm mới

Vật liệu có độ bền cao, độ chịu lực và chống thấm tốt, không bị ăn mòn bởi axit

Lắp đặt ở mọi điều kiện địa hình, đặc biệt là các vùng trũng, vùng đất yếu, đất sình lầy,… Đảm bảo kín khí cao, nhanh có gas, hiệu suất sinh khí và áp lực khí cao

Tự phá váng triệt để do sự thay đổi nhiều và liên tục của diện tích mặt váng

Trong trường hợp nếu phải thau dọn bể thì việc xử lý là rất đơn giản, nhanh, sạch sẽ, không tốn công lao động

Dùng chung cho cả hố xí tự hoại gia đình

Bị phụ thuộc vào tay nghề của thợ không như ý mình

Tốn nhiều công suất don dẹp vệ sinh

Nguy cơ gây nguy hiểm cho người sử dụng

Dễ gây ô nhiễm môi trường do dễ bị rò khí ra ngoài

Phải có thêm bộ điều áp

Tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây nguy hiểm cho người sử dụng Đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao hơn để đảm bảo giữ kín khí Áp suất khí không ổn định trong quá trình sử dụng Điều kiện khí kém hơn vì dịch phân hủy bị đẩy lên bể điều áp, tiếp xúc với không khí và bị oxi hòa tan này vào Khi dịch dồn trở lại bể phân hủy sẽ đem theo lượng oxi hòa tan này vào bể phân hủy Nhược điểm này càng trầm trọng đối với thiết bị cỡ lớn.

Thành phần, tính chất của phân

Phân là sản phẩm thải loại sau quá trình tiêu hóa của gia súc, gia cầm Là phần thức ăn không được gia súc hấp thụ để tạo sản phẩm mà bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa Chính vì vậy, phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay các loại sinh vật khác như cá, giun…Tuy nhiên do thành phần giàu hữu cơ của phân, chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, những chất mà khi phát tán vào môi trường, có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, cho con người và cho các sinh vật khác Thành phần hóa học của phân rất phong phú bao gồm:

Các chất hữu cơ : Phân có thành phần rất đa dạng như các hợp chất protein, cacbonhydrat, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng Chúng có nguồn gốc từ thức ăn, thông qua bộ máy tiêu hóa của gia súc được phân giải thành các chất dinh dưỡng, cần thiết chô gia súc, gia cầm; phần không được tiêu hóa được gia súc bài tiết ra ngoài theo dạng phân Trong đó, các chất xơ do không được gia súc ( trừ loài nhai lại ) tiêu hóa hầu hết nên chúng bị thải ra theo phân, chiếm tỷ trọng lớn trong phân gia súc và thành phần bị vi sinh vật phân giải nhanh nhất Trong quá trình lưu trữ và sử dụng phân gia súc, các thành phần hữu cơ khác như: sản phẩm trao đổi của gluxit dễ lên men gồm các axit hữu cơ, các monosaccharide, các hợp chất chưa nitơ như protein và các dẫn xuất của chúng, các chất béo, là các chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy thành các sản phẩm ở dạng lỏng hoặc khí, có hại cho sức khỏe con người và môi trường

Các chất vô cơ : Thành phần vô cơ của phân bao gồm các chất khoáng đa lượng chứa Ca, P…và các nguyên tố vi lượng hay các kim loại nặng như

Cu, Fe, Pb, Co, Mn, Mg, có trong khẩu phần thức ăn gia súc, do không được tiêu hóa nên không được thải ra

Nước : Là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phân Chúng chiếm từ 65 – 80% trọng lượng tươi của phân chính, do hàm lượng nước cao, trong điều kiện có hàm lượng các chất hữu cơ cao, cho nên phân là môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ, tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường

Dư lương của thức ăn bổ sung cho gia súc gia cầm : chúng bao gồm thuốc kích thích tăng cường các hormone hay dư lương kháng sinh

Các men tiêu hóa của bản than gia súc : chủ yếu là các enzyme đường tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài…

Các mô và chất nhờn : tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hào của vật nuôi Các thành phần tay : từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình nuôi dưỡng gia súc như đất, đá, cát, bụi

Các yếu tố gây bệnh sinh học : như các vi khuẩn hay kí sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa gia súc hay trong thức ăn

Chế độ dinh dưỡng của vật nuôi thường tỉ lệ tiêu hóa thức ăn của vật nuôi thấp nên một phần lớn chất dinh dưỡng trong thức ăn bị thải ra ngoài theo phân và nước tiểu Khi thay đổi thành phần khẩu phần, thành phần và tính chất của các chất như khoáng, protein, cacbonhydrat, các chất bổ sung chứa kích tố, kháng sinh các enzyme thay đổi dẫn tới nồng độ các thành phần này trong phân hay các sản phẩm phân giải của phân cũng thay đổi Đây chính là cơ sở để ngăn ngừa ô nhiễm từ chăn nuôi thông qua việc điều chỉnh chế độ dinh dưỡng, tăng cường quá trình tích lũy trong các sản phẩm chăn nuôi, giảm bài tiết qua phân

Bảng 1.3a Thành phần hóa học của phân heo có trọng lượng từ 70-100kg Đặc tính Đơn vị Giá trị

Acid mạch ngắn g/kg 3,83 - 4,47 pH 6,47 – 6,59

Giai đoạn phát triển của gia súc gia cầm tùy thuộc vào giai đoạn phát triển của gia súc gia cầm mà nhu cầu dinh dưỡng và mức độ hấp thụ thức ăn có sự khác nhau Gia súc càng lớn càng có hệ số tiêu hóa càng thấp và lượng thức ăn bị thải ra trong phân càng lớn Vì vậy mà thành phần và khối lượng của phân cũng khác nhau ở các giai đoạn phát triển của gia súc, gia cầm Ví dụ, trong thời kì tăng cường, nhu cầu dinh dưỡng của vật nuôi lớn và khả năng đồng hóa thức ăn của con vật cao nên khối lượng các chất bị thải ra ngoài ít và ngược lại, khi gia súc trưởng thành thì nhu cầu dinh dưỡng giảm, khả năng đồng hóa thức ăn của con vật thấp nên chất thải sinh ra nhiều hơn, đặc biệt là các gia súc sinh sản, gia súc lấy sữa hay lấy thịt

Trong các hệ thống chuồng trại, phân gia súc, gia cầm nói chung thường tồn tại ở cả dạng phân lỏng và rắn hay tương đối rắn Chúng chứa các chất dinh dưỡng, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ giàu Nito và Photpho Những chất này có thể trở thành nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng và làm tăng độ màu mỡ của đất Vì vậy, trong thực tế thường dung phân để bón cho cây trồng, vừa giảm được lượng chất thải phát tán trong môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh ( 1997,1998), hàm lượng Nitơ tổng trong phân heo chiếm từ 7,99 – 9,32g/kg phân Đây là nguồn dinh dưỡng có giá trị, cây trồng dễ hấp thụ và góp phần cải tạo đất nếu như phân gia súc được sử dụng hợp lý

Bảng 1.3b Thành phần hóa học của phân gia súc, gia cầm Loại vật nuôi Thành phần hóa học ( % trọng lượng vật nuôi )

Trong phân còn chứa nhiều loại vi khuẩn và ký sinh trùng kể cả có lợi và cũng có hại Trong đó, các vi khuẩn thuộc loại Enterobacteriacea chiếm đa số với các loại điển hình như e.coli, Samone, Shigella, Proteus, Kết quả phân tích của một số tác giả cho thấy : đa phần các loại vi khuẩn gây bệnh tồn tại từ trong khoảng 5 – 15 ngày trong phân và đất Đáng lưu ý nhất là vi rút gây bệnh viêm gan Rheovirus, Adenovirus Cũng theo số liệu của các nghiên cứu nay cho biết, trong 1kg phân có thể chứa 2100 – 5000 trứng giun sán, chủ yếu là Ascarisium ( chiếm 39 – 83% ), Oesophagostomum ( chiếm 60 – 68,7%) và Trichocephalus ( 47 – 58,3% ) Điều kiện thuận lợi cho mỗi loại vi sinh vật tồn tại, phát triển và gây hại phụ thuộc vào nhiều yếu tố: quá trình thu gom, lưu trữ và sử dụng phân, các điều kiện môi trường như độ ẩm, không khí, nhiệt độ, ánh sáng, kết cấu của đất, thành phần các chất trong phân.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất khí sinh vật

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất khí metan sinh học, trong đó các yếu tố có thể kiểm soát được như độ pha loãng nguyên liệu, độ kín của hầm, các cao độ cần thiết của bể nạp, bể thải, và còn có một số yếu tố quan trọng khác cần nghiên cứu đó là : Nhiệt độ, độ pH, tỷ lệ C/N của nguyên liệu, thời gian lưu trữ, đặc tính và tốc độ bổ sung nguyên liệu… a/ Ảnh hưởng của độ kín

Trong hầm sinh khí, khí metan được sinh ra hoàn toàn do vi khuẩn kỵ khí chỉ cần một lượng nhỏ oxi cũng làm cản trở việc sinh khí Do đó sự cần thiết cho hầm ủ khí là hoàn toàn kín b/ Ảnh hưởng của nhiệt độ

Vi khuẩn sinh khí CH4 cũng như các loại vi khuẩn khác, quá trình sinh trưởng và phát triển của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ theo phương trình Vanhopf- Anrhenius:

K: hằng số tốc độ phản ứng

E: hằng số đặc trưng phản ứng

R: hằng số khí lí tưởng, R14 J/Kmol

Tích phân phương trình trên giữa T1 và T2 ta có: ln⁡(𝐾 2

𝑅⁡𝑇 2 𝑇 1 Nếu biết được K1, ta tính được K2

Trong thực tế, hằng số phân hủy E được chọn khoảng 84000 J/mol

Miền nhiệt độ tối ưu cho các hoạt động của vi khuẩn tương đối hẹp Người ta chia ra làm ba miền nhiệt độ chính:

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình lên men khí sinh vật được xác định ở miền Mesophilic và miền Themophilic Ở nhiệt độ nhỏ hơn 15 0 𝐶, tốc độ sinh khí trở nên quá nhỏ và giảm dần đến 10 0 𝐶 thì vi khuẩn dường như không hoạt động sinh khí từ ( 30/40) 0 𝐶 các vi khuẩn hoạt động mạnh nhất và do đó tốc độ sinh khí cũng lớn nhất Ở khoảng nhiệt độ ( 50\60 ) 0 𝐶,⁡tốc độ sinh khí đạt đỉnh cao thứ hai, ở đây một loại vi khuẩn ưu nhiệt trở nên rất sinh động với môi trường xung quanh nhưng sản phẩm phân bón có chất lượng giảm đi, hơn nữa để có nhiệt độ cao hơn 50 0 𝐶, thì nhiều khi tốn năng lượng để đốt nóng vì vậy người ta ít vận hành bể sinh khí ở nhiệt độ này Ở những vùng lạnh hay mùa đông, muốn đủ khí dung người phải có những biện pháp để đưa nhiệt độ phân hủy lên trên 30 0 𝐶 Người ta đã xác định được mức sản xuất khí của một tấn phân ở điều kiện nhiệt độ khác nhau như sau:

Nhiệt độ⁡( 𝟎 𝑪) Sản xuất khí (m 3 /ngày) Thời gian phân hủy kéo dài [tháng]

35 2,0 1 c/ Ảnh hưởng của độ PH

PH là khái niệm biểu thị nồng độ H + tự do trong dung dịch, Sorenson ( 1909 ) định nghĩa pH theo phương trình: pH = -log(H + ) hay pH = log(1/H + ) Độ pH thích hợp nhất cho nên lên men sản xuất khí sinh vật nằm trong giới hạn từ 6,5\7,5 Trong điều kiện này, sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh metan đạt giá trị cực đại, pH nhỏ hơn 6,5 có nghĩa là axit nhẹ được tạo thành vượt khả năng sử dụng của vi khuẩn sinh khí metan, pH tiếp tục giảm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng và phát triển của loại vi khuẩn này

Nguyên nhân thừa axit là do:

+ Tốc độ bổ sung nguyên liệu mới quá nhanh

+ Nhiệt độ môi trường thay đổi đột ngột

+ Độc tố được tích lũy ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuẩn sinh khí metan + Bề mặt dung dịch lên 111men bị một lớp váng quá dày bao phủ

Có thể điều chỉnh độ pH của dung dịch bằng cách giảm tốc độ bổ sung nguyên liệu mới, tìm cách ổn định nhiệt độ môi trường xung quanh, thêm vôi, NH3 hoặc phá tan lớp váng d/ Ảnh hưởng của tỉ lệ C/N

Các nguyên tố C và N là thức ăn chủ yếu của vi khuẩn sinh metan kỵ khí Tốc độ tiêu thụ C nhanh hơn N khoảng 30 lần, do đó phân hủy kỵ khí tốt nhất khi nguyên liệu có tỉ lệ C/N bằng 30/1 Hàm lượng cacbon trong rơm rạ quá lớn, N lại quá nhỏ do đó để dẫn đến tình trạng C quá thấp và động lại trong bể là giảm khả năng phân rã kỵ khí Ngược lại khi N quá thừa thì C sẽ nhanh chóng bị sử dụng hết và sự lên men cũng bị dừng lại Do đó người ta ít dung trực tiếp phân bắc và nước tiểu để sản xuất khí sinh vật vì tỉ lệ C/N của chúng là quá thấp, thường thì chúng được kết hợp với nguyên liệu có tỉ lệ C/N cao như rơm rạ, giấy vụn Số lượng và chất lượng phân thu được thay đổi tùy thuộc vào điều kiện cho ăn và vật liệu lót chuồng e/ Ảnh hưởng của tỷ lệ pha loãng và chất lượng nguyên liệu

Theo nguyên cứu thì nồng độ chất đốt khô trong dung dịch phân nạp vào bể từ (

9 – 10 )% thì vừa thích hợp cho cả quá trình lên men tạo khí lẫn tháo bỏ nguyên liệu đã sử dụng

Nói chung lượng nước đưa vào bể hòa tan phân theo tỷ lệ nước/phân dao động từ

1/1 đến 3/1 Tỷ lệ pha loãng đôi với phân bò 2/1 đối với phân heo thì đang được sử dụng phổ biến f/ Ảnh hưởng của thời gian lưu giữ nguyên liệu trong hầm

Thời gian lưu giữ đóng vai trò quan trọng đối với quá trình lên men sản xuất khí sinh học Nó phụ thuộc vào chất lượng nguyên liệu Trong thời gian thực tế nguyên liệu lưu giữ khoảng 30 – 60 ngày g/ Ảnh hưởng của các chất độc tố

Do hoạt động lên men thì có thể tích lũy các ion NH4, Na, K, Zn…sẽ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của các vi khuẩn sinh ra để lên men h/ Các yếu tố ảnh hưởng khác

Qúa trình khuất đảo dung dịch cũ và áp suất tạo ra trong hầm khí.

Thành phần, tính chất của nước tiểu

Nước tiểu gia súc là sản phẩm thải ra của quá trình trao đổi chất bên trong con vật Thành phần của nước tiểu cũng rất đa dạng và phong phú, chúng chứa đựng nhiều độc tố là sản phẩm cặn bã từ quá trình sống của gia súc Các chất độc này khi phát tán vào môi trường có thể chuyển hóa thành các chất ô nhiễm gây tác hại cho con người và môi trường

Bảng 1.5 Thành phần hóa học nước tiểu heo có trọng lượng 70 -100kg

Chi tiêu Đơn vị Giá trị pH 6,77 – 8,19

Thành phần chính của nước tiểu là nước, chiếm khoảng 99% khối lượng Trong thành phần vật chất khô có một lượng lớn Nitơ ( chủ yếu dưới dạng ure ) và một số chất khác ở dạng vi lượng như các chất khoáng, các hormone, creatin, sắc tố, acid mật và nhiều sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất của con vật

Trong tất cả các chất có nước tiểu, ure là chất chiếm tỷ lệ cao và dễ dàng bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện có oxy, tạo thành khí ammonia Ammonia là một khí rất độc và thường được tạo ra rất nhiều từ ngay trong các hệ thống chuồng trại, nơi lưu trữ, chế biến và giai đoạn sử dụng chất thải Khi nước tiểu được động vật bài tiết ra ngoài, ure dễ dàng bị sinh vật phân hủy của phân hay trong môi trường phân hủy tạo thành khí ammoniac bốc hơi vào trong không khí gây mùi hôi khó chịu Tuy nhiên nếu nước tiểu gia súc được sử dụng hợp lý hay bón cho cây trồng thì chúng là nguồn cung cấp dinh dưỡng giàu Ntiơ , photpho và các yếu tố khác ở dạng dễ hấp thu cho cây trồng

Thành phần nước tiểu tùy thuộc vào loại gia súc, gia cầm, tuổi, chế độ dinh dưỡng và điều kiện khí hậu.

Thành phần tính chất của nước thải

Nước thải chăn nuôi là hỗn hợp lỏng và các chất răn đi theo, bao gồm cả nước tiểu, nước tắm gia súc, rửa chuồng Nước thải chăn nuôi còn có thể chưa một phần hay toàn bộ lượng phân được gia súc, gia cầm thải ra Nước thải là dạng chất thải chiếm khối lượng lớn nhất trong chăn nuôi Cứ 1kg chất thải chăn nuôi do lợn thải ra được pha them với 20 đến 49 kg nước Lượng nước lớn này có nguồn gốc từ các hoạt động tắm cho gia súc hay dung rửa chuồng nuôi hằng ngày Việc sử dụng nước tắm cho gia súc hay rửa chuồng làm tăng đáng kể lượng nước thải, gây khó khăn cho việc thu gom và xử lí nước thải sau này

Thành phần của nước thải rất đa dạng và phong phú, chúng bao gồm các chất rắn ở dạng lơ lửng, các chất hòa tan hữu cơ hay vô cơ, trong đó có nhiều nhất là các hợp chất chứa Nitơ và Photpho Nước thải chăn nuôi còn là nguồn phong phú chứa nhiều tác nhân sinh học như vi sinh vật, ký sinh trùng, nấm, nấm men và các yếu tố gây bệnh sinh học khác Do ở dạng lỏng và thành phần nước thải chăn nuôi rất giàu hữu cơ nên khả năng bị phân hủy vi sinh vật rất cao

Chúng có thể tạo ra các sản phẩm có khả năng gây ô nhiễm cho cả môi trường đất, nước, và không khí

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải phụ thuộc vào thành phần tính chất của phân, nước tiểu gia súc, lượng thức ăn rơi vãi, mức độ và phương thức thu gom phân như số lần thug om, phương pháp vệ sinh chuồng trại ( có hốt phân hay không hốt phân trước khi rửa chuồng ), lượng nước dung tắm và vệ sinh chuồng trại…

Nước thải có hàm lượng nước từ 95 – 98,5% Nước thải chăn nuôi tuy không chứa nhiều các chất độc hại trực tiếp như nước thải công nghiệp, nhưng chúng gây độc tiềm tàng, do chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy tạo nên các sản phẩm độc, hay chứa các vi khuẩn, Virus, trứng giun sáng hay kí sinh trùng gây bệnh…

Theo nghiên cứu của nhiều tác giả, Trichocephalus dentatus có thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 8 ngày và tồn tại 5 – 6 tháng Các vi trùng tồn tại lâu trong nước ở vùng nhiệt đới là Samonellatyphi và Samonella paratyphi, E.Coli, Shigella, Vibrio comma, gây bệnh dịch tả Một số loại vi khuẩn có nguồn gốc từ nước thải chăn nuôi có thể tồn tại trong các loại nhiễm thể sống ở môi trường nước có nhiễm nước thải chăn nuôi Do đó, các vi trùng này có thể gây bệnh cho con người khi ăn các loại sò, ốc hay các loại thức ăn chưa được nấu chin kỹ

Bảng 1.6 Tính chất nước thải chăn nuôi heo

Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ Độ màu Pt-Co 350 - 870 Độ đục mg/l 420 - 550

1.6.1 Thức ăn thừa, ổ lót chuồng và các chất thải khác

Trong các chuồng trại chăn nuôi, người chăn nuôi thường dung rơm, rạ hay các chất độn khác để lót chuồng Sau một thời gian sử dụng những vật liệu này sẽ được thải bỏ đi Loại chất thải này tuy chiếm khối lượng không lớn, nhưng chúng cũng là một nguồn gây ô nhiễm quan trọng do phân, nước tiểu và các mầm bệnh có thể bám theo chúng Vì vậy, chúng phải được thu gom và xử lý hợp vệ sinh, không được vứt bỏ ngoài môi trường tạo điều kiện cho chất thải và mầm bệnh phát tán vào môi trường

Ngoài ra, thức ăn thừa, thức ăn bị rơi vãi cũng là nguồn gây ô nhễm, vì thức ăn chứa nhiều chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy trong môi trường tự nhiên Khi chúng bị phân hủy sẽ tạo ra các chất độc, kể cả chất gây mùi hôi, gây ô nhiễm môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của gia súc, sức khỏe con người.

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Chọn thiết kế

Rất nhiều kiểu hầm sinh khí đã được phổ biến nhưng trên thực tế các loại hình thiết kế được đưa ra phổ biến không có nghĩa là nó được xây dựng và thử nghiệm qua một thời gian Do vậy cần phải cẩn thận khi chọn loại hình thiết kế cho phù hợp

Nhưng điểm cần lưu ý khi chọn thiết kế

- Tận dụng vật liệu có sẵn

- Giá cả nguyên vật liệu

Nếu sử dụng loại hầm ủ vòm cố định, đòi hỏi phải có kỹ thuật xây dựng cao, hơn nữa nằm dưới lòng đất không dùng loại binh gá thép hoặc loại hầm ủ hình túi là thích hợp hơn cả

Nếu dùng cả phân xanh thì phải vận hành theo nguyên lý từng đợt và nên dùng loại hầm có vòm cố định

Nếu không có vật liệu xây dựng, lại không có kỹ thuật nhưng lại có plastic rẻ và tốt, đồng thời ta chỉ sử dụng phân chuồng, trong khi nhiệt độ quanh năm khá cao thì ta nên sử dụng loại hầm ủ hình túi

Từ những ưu điểm của hầm sinh khí có dạng hình chữ nhật có nắp vòng cung lại vừa phù hợp với kỹ thuật xây dựng ở VIỆT NAM Ở đây với quy mô trang trại khoảng 100 đầu lợn và điều kiện vùng miền trung duyên hải nên ta xây dựng cao hơn mặt đất từ 50 đến 100 cm

Lựa chọn địa điểm thích hợp là việc làm đầu tiên Để cho hệ thống hoạt động thuận lợi, tuổi thọ lâu dài, dễ dàng thi công, việc lựa chọn địa điểm căn cứ vào các yêu cầu sau:

1 Đảm bảo đúng diện tích mặt bằng để xây dựng hầm sinh khí đúng kích thước dự kiến, tiết kiệm diện tích mặt bằng, không ảnh hưởng đến các công trình khác

2 Cách xa nơi đất trũng, ao hồ để tránh ngập nước, thuận tiện cho việc thi công và dữ cho công trình được bền vững lâu dài

3 Tránh xa nơi có cường độ đất kém, phải sử lý nền móng phức tạp

4 Tránh xa những loại cây lớn vì rễ ăn sâu chằn chịt dễ gây thiệt hại và phá vỡ hầm sinh khí

5 Phải gần nơi cung cấp nguyên liệu để đỡ tốn công vận chuyển và cung cấp nguyên liệu

6 Gần nơi sử dụng để tiết kiệm đường ống, tránh được tổn thất áp suất và rò rỉ trên đường ống

7 Gần nơi tích trữ và chế biến bã thải để bã thải lỏng có thể chảy thẳng vào bể chứa

8 Đặt ở những nơi nắng nhiều nhưng ít gió để có thể giữ nhiệt độ của hầm cao và ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh khí

2.1.2 Chuẩn bị vật liệu xây dựng

1 Gạch xây: Vì công trình cần lên cao, phải đảm bảo giữ kín, không thấm nước và khí nên cần phải gạch xây phải loại tốt, kích thước cân đối vá nung chín đều

2 Cát: Cát phải sạch , không được chứa chất bùn hay chất hữu cơ Tùy theo yêu cầu công việc mà chọn loại cát thích hợp ví dụ cát xây phải lớn hơn cát vữa trác

3 Ximăng: Thường chọn ximăng có chất lượng tốt

4 Vữa: Vữa xây hay vữa trác có thể dùng vữa ximăng hay hỗn hợp vữa ximăng vôi Ximăng tạo cho vữa tính cứng chống thấm nhưng ximăng có tính giòn dể gãy Vôi làm cho vữa mền, dính chặt, đặc và chắt hơn Không có vôi trong vữa thường tạo thành bọt khí làm cho vữa trở nên rỗng, xốp chống thấm kém Vì vậy vữa xây và vữa trác nên có một lượng vôi nhất định

5 Sỏi, đá dăm, gạch vỡ: Chúng là những cấu liệu cần thiết cho bê tông Đá dăm, gạch vỡ dính kết với ximăng tốt hơn sỏi yêu cầu là phải sạch không dính đất và các chất hữu cơ

6 Cốt thép: Phải chọn loại thép có chất lượng tốt, bề mặt lớp si còn láng, không có những khuyết tật để giảm khả năng ăn mòn, rò rỉ do phân và khí metan tác động lên.

Tính sơ bộ thể tích hầm

Lượng thải hàng ngày là : 3kg/ 1 con

Từ đây ta có lượng phân thu được hàng ngày là:

Hiệu quả sinh khí của phân (H):

Theo (TL3) H = 22 đến 40 lít/ngày nên ta chọn H = 30 (lít/ngày)

Lượng khí sinh ra hằng ngày Vs

Từ đó Vs = X × H = 900 × 30 = 27000 (kg/ngày) = 27 (m3/ngày)

Lượng phân tính theo thể tích hầm /ngày

Tỉ lệ pha loãn với nước là 1/1

Thời gian tối ưu để phân hủy hoàn toàn phân là từ 30 đến 35 ngày ở nhiệt độ cao Chọn T = 35 ngày

Vì vậy bể phân hủy có thể tích là:

Từ đó thể tích hầm cần xây dựng để sử lý hết phân là:

1000 = 63 (m 3 ) Lượng khí thu được hằng ngày

1000 = 31,5 (m 3 ) Thể tích trữ khí cần có

Từ những tính toán trên để cho phân được phân hủy hoàn toàn và sinh khí tối đa ta xây hầm thành 3 khoang thông nhau qua cửa và phần chứa khí có ống thông với nhau

Tính toán các bộ phận hầm

2.3.1 Tinh toán phần chứa khí

Như đã tính toán ở phần trước, ta có thể tích khí sinh ra ở hầm là: 27m3/ngày Phần trên hầm chứa khí bằng bê tông

Vậy đường kính phần trên hầm là:

2 = 4,31 + 0,22 = 4,53 (m) Tính phần chóp của phần hầm

12 = 2,36 (m3) Thể tích gas cần chứa trong 24h:

24 = 17,75 × 0,58 = 10,295 (m3) Vậy thể tích hình trụ của nóc là:

4,53 2 ⁡×3,14 = 0,493 (m) Để đảm bảo chứa hết khí sinh ra từ trong hầm ta tăng chiều cao của phần chứa khí lên 0,4 (m) ta chọn Hn = 0,4 (m)

2.3.2 Các kích thước chính của hầm sinh khí

Hầm có đường kính bằng chiều cao: Dh = Hh = 2.99 (m)

Chiều dày thành dưới của hầm và phần chứa khí là: 𝛿1⁡= 120 (mm) Độ cao phần chứa khí là: Hn = 0,493 (m) Độ dày nắp hầm bằng bê tông là: 10 (mm) Độ cao mặt nước hầm với mặt nước bể thải là : ∆ H

2.3.3 Tính trọng lượng vòm hầm bêtông

Chiều dài đường sinh hình chóp:

2 + 𝜋 × Dpck × Hpck × 𝛿 ) × 𝜌 Trong đó 𝜌 = 7850kg/m 3

= 1100,74 (N) Áp suất của gas ở trong nắp:

9,81×10 5 = 6,96.10 -4 mH20 = 6,96 (mm)H20 Áp suất tuyệt đối của khí trong hầm:

2.3.4 Tính cách nhiệt cho hầm

1 Tính cách nhiệt cho tường

Xác định chiều dày cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo công thức sau:

 cn : chiều dày lớp cách nhiệt, m

 cn : hệ số truyền nhiệt của lớp cách nhiệt ,W/mK

 i : bề dày lớp kết cấu thứ I ,m

 i : hệ số truyền nhiệt của lớp kêt cấu thứ I,m k tu : hệ số truyền nhiệt tối ưu được chọn cho kết cấu nền, nó phụ thuộc vào nhiệt của hầm và tra bảng 3.3 trang 63 ( tài liệu 1) Theo nhiệt độ của hầm là 35 0 C, ta có k tu = 0,87 W/m 2 K

 ng : hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của vách ngoài, tra bảng 3.7 trang 65( tài liệu 1) ta có  ng = 23,3, W/m 2 K

 tr : hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của vách, vì ở phía trong nắp là môi trường khí sinh ra trong quá trình lên men nên chọn  tr = 9, W/m 2 K

Hệ số truyền nhiệt của lớp vật liệu và chiều dày của nó theo thứ tự ở bảng dưới đây:

Số thứ tự Vật liệu  I ,m  i ,W/m 2 K

Bảng 2.3 Chiều dày và hệ số truyền nhiệt các lớp của tường

Thay các giá trị  cn ,  ng ,  tr , ktư ,  i i

, vừa xác định vào phương trình trên, ta có chiều dày lớp cách nhiệt được xác định như sau:

Tính cách nhiệt cho nền

Xác chiều dày cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo công thức:

1 ))( tài liệu 1 – Trang 64) Trong đó:

 cn : Chiều dày lớp cách nhiệt , m

 cn : Hệ số truyền nhiệt lớp cách nhiệt, W/mK

 i : Bề dày kết cấu thứ i, m

 i : Hệ số truyền lớp kết cấu thứ i, W/mK ktư : Hệ số truyền nhiệt tối ưu được chọn cho kết cấu nền, nó phụ thuộc vào nhiệt độ của hầm và được tra bảng 3-6 trang 64 (Tài liệu 1) Theo nhiệt độ của hầm là

 ng : Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của vách ngoài, trang báng 3-7 trang 65 ( Tài liệu 1) ta có  ng = 7, W/m 2 K

 tr : Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của vách, chọn  tr = 9, W/m 2 K

Hệ số truyền nhiệt của các lớp vật liệu và chiều dày của nó theo thứ tự ở bảng dưới đây

Số thứ tự Vật liệu  i , m  i , W/m 2 K

Bảng 2.4 Chiều dày và hệ số truyền nhiệt các lớp của nền hầm

Thay giá trị  cn ,  ng ,  tr , ktư ,  i

 , vừa xác định vào phương trình trên, ta có chiều dày lớp cách nhiệt được xác định như sau:

Tính toán nhiệt cho phần nắp

Nắp tiếp xúc với khí bên trong có hệ số tỏa nhiệt  nhỏ, có thể không cần cách nhiệt nhưng nhiệt độ của nước gia cho hầm trong khoảng 50  60 0 C, nằm trong khoảng nhiệt độ thích hợp cho quá trình sinh khí diễn ra mạnh Ở đây ta vẫn tính vì để đảm bảo cho hầm hoạt động tốt

Thông thường nắp được đổ bêtông hay ta xây gạch cũng được nhưng với công trình này ta đỡ bêtông và thường được làm một lớp tôn ở ngoài cùng và lớp xốp hay bông thủy tinh bên trong để cách nhiệt

Xác định chiều dày lớp cách nhiệt

Chiều dày lớp cách nhiệt được xác đinh theo công thức

 cn : Chiều dày lớp cách nhiệt , m

 cn : Hệ số truyền nhiệt lớp cách nhiệt , W,mK

 i : Bề dày kết cấu thứ i , m

 i : Hệ số truyền lớp kết cấu thứ i,W/mK ktư : Hệ số truyền nhiệt tối ưu được chọn cho kết cấu nền, nó phụ thuộc vào nhiệt độ của hầm và được tra bảng 3-3 trang 63 (Tài liệu 1) Theo nhiệt độ của hầm là

 ng : Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của vách ngoài, tra bảng 3-7 trang 65 ( Tài liệu 1) ta có  ng = 9, W/m 2 K

 tr : Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của vách,vì ở trong nắp là môi trường khí sinh ra trong quá trình lên men nên chọn  tr = 9, W/m 2 K

Hệ số truyền nhiệt của các lớp vật liệu và chiều dày của nó theo thứ tự ở bảng dưới đây:

Số thứ tự Vật liệu  i , m  i , W/m 2 K

Bảng 2.5 Chiều dày và hệ số truyền nhiệt các lớp của nắp hầm

Thay giá trị  cn ,  ng ,  tr , k tư ,  i i

 , vừa xác định vào phương trình trên, ta có chiều dày lớp cách nhiệt được xác định như sau:

2.5.1 Tính nhiệt cho hầm sinh khí

Tổng lượng nhiệt cần cung cấp : Q

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che : Q1

Tổn thất nhiệt gia nhiệt cho nước : Q2

Theo phương trình cân bằng nhiệt, ta có tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho hầm bằng tổng các tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che và tổn thất gia nhiệt cho nước:

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: Q 1

+ Q 1dl : Lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do dối lưu,W

+ Q 1bx : Lượng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do bức xạ, W

+ k tt : Hệ số truyền nhiệt tối ưu tính toán, m 2 K/W

At = t tr – t ng: Độ chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và môi trường bên trong, 0 C

+ F: Diện tích mà dòng nhiệt truyền qua, m 2 a/ Tính cho tường

F = 2.3,14.1,605.3,268 = 32,94 (m 2 ) Độ chênh lệch nhiệt độ: t = t tr – t ng , 0 C

Trong đó: t tr = t h = 35 0 C t ng = t mt = 10 0 C Ở đây, tmt chọn theo nhiệt độ môi trường của các tỉnh cao nguyên Trung Bộ, nơi có thể xây dựng hầm Nhưng do tính toán nhiệt, ta cần phải chọn điều kiện khắc nghiệt nhất, chọn t m t = 10 0 C

Hệ số truyền nhiệt ktt:

Chọn  ng =  1 ,  tr =  2 : hệ số tỏa nhiệt của môi trường không khí và hỗn hợp phân nước

Ta cần tìm  ng và  tr Giả thiết cho tw1 và  tr Ta tính toán và thử lại khi nào đạt sai số cho phép < 5%⁡thì được chọn

Khi tính toán nhiệt cho hầm, ta cần chọn điều kiện môi trường khắc nghiệt nhất chọn t mt = t h = 10 0 C

Bằng phương pháp lặp cho  1 (  ng ), tw1 ta tìm tw2 ,  2 (  tr ) Sau đó tiến hành thử lại kết quả < 5% thì được chọn

Tính  2 theo tiêu chuẩn đồng dạng, áp dụng cho trường hợp tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên

(theo bảng phục lục 7/ trang 225 , TL 2)

Do đó ta có: C = 0,073 và n = 1/3

.Do đó ta tìm được  2 theo tiêu chuẩn Nussell

Kết quả t toán cho tường là :

Vậy lượng nhiệt truyền qua tường :

= 8,09 (m 2 ) Độ chênh lệch nhiệt độ  t = ttr - tng

Trong đó: t tr = t h = 35 0 C t ng= t mt = 10 0 C

Ta tìm  ng và  tr Giả thiết chọn tw1 và  tr Ta tính toán và thử lại Khi nào đạt được sai số cho phép < 5% thì chọn

Khi tính toán nhiệt cho hầm, ta cần chọn điều kiện môi trường khắc nghiệt nhất Chọn tmt = t0 = 10 0 C

Bằng phương pháp lặp cho  1 ( ng ), ttw1 ta tìm tw2,  2 ( tr ) Sau đó tiến hành thử kết quả < 5% thì được chọn

Tìm  1 ,  2 theo phương trình cân bằng nhiệt:  1 ( t1 – tw1 ) = k ( tw1 – tw2 ) =  2 ( tw2

Khi tính ở tường, ta có  1 = 18W/m 2 K Nhưng ở đây tính ở nền, dòng nhiệt có chiều đi xuống nên  1 giảm đi 30%, tức là  1 = 14,5 W/m 2 K, tw1 = 34 0 C

Tính  2 theo tiêu chuẩn đồng dạng, áp dụng cho trường hợp tỏa nhiệt đối lưu tự nhiên

(Theo bảng phục lục 7/trang 225 TL 12)

Do dó ta có C = 0,073 và n = 1/3

 2 l do đó ta tìm được  2 theo tiêu chuẩn Nussell

Như vậy kết quả không đúng với điều kiện nên ta chọn  2 cho phù hợp với điều kiện đặt ra nên ta chọn  2 = 3,3 W/m 2 K

Vậy lượng nhiệt truyền qua nắp hầm là:

Vậy  Q 1 dl = Q 1dl1 + Q 1dl2 + Q 1dl3

Lượng nhiệt tổn thất do kết cấu bao che : Q1

Tổn thất nhiệt gia nhiệt cho nước : Q2

Theo tính toán phần trước tổng thể tích nước và phân là 0,55 m 3 ở đây ta chọn giả thiết hỗn hợp này là nước :

- Khối lượng riêng của nước ở 23,5 0 C là:

- Nhiệt dung riêng của nước ở 23,5 0 C là:

- Nhiệt dung riêng của nước ở 35 0 C là:

- Nhiệt dung riêng trung bình của nước hầm là:

- Khối lương của nước nạp vào là:

- Nhiệt lượng cần thiết để nâng G(kg) nước từ 23,5 0 C→ 35 0 C là:

Theo tính toán ở phần trên lượng nhiệt cần cung cấp cho hầm là;

2.5.2 Tính chiều cao của bể thải và chọn bơm

Tính toán chiều cao bể thải

Ta có : Áp suất trong hầm

Vậy áp suất tác dụng lên mặt nước trong hầm là:

Theo nguyên tắc bình thông nhau

Tức là mực nước trong bể thải cao hơn mực nước ở trong hầm sinh khí là 0,1045 m Như vậy theo tính toán phù hợp, nhưng trên thực tế chúng ta cần áp suất hơi ra mạnh để dễ dàng thu hơi và ổn định cho hầm làm việc vì lượng khí sinh ra hằng ngày có thể không sử dụng hết cần phải làm thêm bình chứa trung gian Ngoài ra ta còn phải đặt thêm các vật nặng có trọng lượng sao cho chiều cao của mặt nước bể thải so với mặt nước của hầm sinh khí khoảng 0,5m.

Chọn bơm nguyên liệu

Lưu lượng nước qua bơm

+ Cho nước chuyển động qua ống với vận tốc 2m/s

+ Lượng hỗn hợp nước và phân cung cấp hằng ngày: 0,454m 3 ngày

Chọn hệ thống bơm hoạt động mỗi ngày khoảng 2 giờ, vậy lưu lượng nước qua bơm là:

4 = 8,08.10 -3 m Chọn d = 8,1 mm khi đó lưu lượng qua bơm là:

.2 = 1,03.10 -4 m 3 /s = 0,3708 m 3 /h Thời gian cần bơm nguyên liệu theo tính toán trong một ngày là: t 3708 , 0 454 ,

0 = 1,22h Chọn bơm với công suất 150, w

Thời gian hoạt động là 1 giờ 30 phút

2.5.3 Chọn cánh khuấy dung dịch phân và nước trong hầm

Mục đích: Cánh khuấy đặt trong hầm nhằm mục đích làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt cho nước hầm, đồng thời phá vỡ lớp váng tạo thành trên bề mặt dung dịch phân và nước trong hầm Do những yêu cầu trên nên ta phải đặt cánh khuấy sao cho đúng vị trí và góc đặt hợp lý

Thông thường ta đặt cánh khuấy chân vịt, đặt trưng của môi trường cần đặt cánh khuấy ở đây như sau:

Hỗn hợp phân và nước trong hầm có hai đặc trưng trên, do đó ta chọn cánh khuấy chân vịt, không có thanh sắt bảo vệ Theo (tài liệu 5 trang 752) đặc trưng của khuấy chân vịt như sau:

+ Đường kính cánh khuấy : d = 500 mm

Khi đặt cánh khuấy chân vịt trong hầm, nó phải đảm bảo sao cho xáo trộn đều dung dịch trong hầm, phá vỡ lớp váng Do đó ta đặt chân vịt nghiêng một góc theo phương đứng 30  40 0 là tốt nhất.

NHỮNG LỢI ÍCH – CHI PHÍ MÔ HÌNH CỦA BIOGAS

Giới thiệu lợi ích hầm sinh khí Biogas trong chăn nuôi hiện nay

Như đã biết sức khỏe của mình cũng như vật nuôi, sức khỏe của vật nuôi cũng sẽ bị ảnh hưởng không khí, khí hậu, dịch bệnh gây nên, việc phòng chống mầm bệnh cho vật nuôi là điều cần thiết để phòng chống dịch bệnh tránh làm thất thoát kinh tế cho mình

Nguồn gây nên mầm bệnh cho vật nuôi gần nhất đó chính là phân thải của chính vật nuôi, trong phân chứa rất nhiều vi khuẩn gây nên mầm bệnh, việc cấp bách đó chính là xử lý chất thải phân của vật nuôi, bằng cách nào? Xây dựng hầm biogas để chứa phân, xây dựng hệ thống xử lí nước thải, với hệ thống hầm biogas này rất có nhiều lợi ích cho mình cũng như vật nuôi

Cơ chế hoạt động của Biogas:

Nguyên liệu + Hệ vi sinh học = Khí gas sinh học + Chất hữu cơ

Hình 3.1 Cơ chế hoạt động Biogas Vật liệu:

Lợi ích của hầm ủ HDPE:

+ Tránh được mầm bệnh cho vật nuôi

+ Tận dụng được nguồn phân bón

+ Cũng cố tình làng nghĩa xóm

+ Giải phóng sức lao động cho nội trợ

+ Giữ được môi trường xanh sạch đẹp

+ Tiết kiệm được chi phí hang tháng

+ Giá thành hạ do không phải dùng nắp chứa khí đắt tiền

+ Tuổi thọ kéo dài 5-7 năm

+ Nhiệt độ ổn định, ít thay đổi theo nhiệt độ không khí, có thể hoạt động cả trong điều kiện thời tiết mùa đông giá lạnh khi nhiệt độ ngoài trời xuống dưới 100℃

+ Tạo áp suất khí cao nên dùng khí để đun nấu và thắp sáng bằng đèn mang cho hiệu suất cao hơn so với loại nắp nồi và loại túi

Qua những lợi ích trên chúng ta tự tin áp dụng hầm biogas cho gia đình hay trang trại của mình Nhiều người chưa thật sự hiểu về hầm biogas nó có công dụng gì trong chăn nuôi Vậy nên hôm nay chúng ta cùng tìm hiểu rõ hơn về khái niệm hầm biogas

Lợi ích của biogas về môi trường:

+ Chuồng trại trở nên sạch sẽ

+ Chất thải được xử lý nên làm giảm một số bệnh tật như giun sáng, truyền nhiễm

+ Chuồng trại trở nên sạch sẽ

+ Xử lý được phân và nước thải làm giảm đi mùi hôi, thối

+ Hạn chế được tình trạng phá rừng lấy củi đốt

+ Giảm được thiên tai và hiệu ứng nhà kính ( vì khí metan và khí cacbonic là một trong những nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính )

Lợi ích của biogas về nguồn năng lượng:

Biogas là một nguồn năng lượng sạch và có giá trị cao có thể dùng phục vụ nhiều mục đích như :

- Đun nấu : nấu ăn bằng bếp sử dụng khí biogas

- Thắp sáng : đèn chiếu sáng bằng biogas

- Chạy động cơ đốt trong : dùng thay thế cho xăng và dầu diesel, vì theo ước tính 1m3 biogas có giá trị năng lượng tương đương với 0,4kg dầu diesel, 0,6kg dầu hỏa, 0,8kg than, 0,8 lít xăng

- Dùng chuyển hóa thành điện năng sử dụng cho sinh hoạt

- Tính ra, để đủ lượng khí đốt và điên năng thắp sáng dùng cho sinh hoạt, mỗi hộ gia đình chỉ cần chăn nuôi thường xuyên từ 4 – 10 con lợn thịt Nhờ đó có thể tiết kiệm được từ 4 – 5 triệu đồng cho mỗi gia đình, Với 1m3 biogas có thể sản xuất tương đương 1,25 kWh điện sử dụng cho gia đình 5 người và thắp sáng bóng đèn 60W trong 6 giờ

Lợi ích của biogas trong nông nghiệp:

Chất thải từ chuồng trại khi được cho vào hầm biogas sẽ bị biến đổi và một phần được chuyển hóa thành khí biogas Phần còn lại là nước thải và các chất cặn bã có thể được sử dụng vào nhiều mục đích khác như:

- Làm phân bón: bã thải ra được dùng để ủ thành phân hữu cơ sinh học, dùng để bón cho cây cối, hoa màu, giúp tăng năng suất, hạn chế được sâu bệnh, nâng cao độ dinh dưỡng của đất

- Nước thải có thể dùng để tưới trực tiếp cho rau và hoa màu xanh tốt hơn

- Ngoài ra căn bã và nước thải biogas còn có thể dùng vào việc nuôi cá theo mô hình vườn – ao – chuồng, hoặc dùng để nuôi trùn quế … làm tăng thêm nguồn thu nhập cho gia đình

Lợi ích khác từ biogas:

- Làm hiện đại hóa nông thôn, góp phần trong mô hình xây dựng nông thôn mới

- Chị em phụ nữ sẽ dễ dàng hơn trong việc nấu ăn phục vụ cho gia đình

- Đời sống người dân được cải thiện nên xã hội cũng ngày càng phát triển hơn

Do đó, việc đầu tư làm hầm biogas không chỉ giúp xử lí tốt môi trường trong chăn nuôi mà mang lại nhiều lợi ích như tạo ra nguồn năng lượng sạch, tiết kiệm.

Chi phí mô hình Biogas

3.2.1 Chi phí đầu tư hầm khí Biogas

Chi phí là khoảng tiền phải bỏ ra để tạo ra hay có được hàng hóa, dịch vụ nào đó

Chi phí mô hình bao gồm:

-Chi phíxây dựng 1 hầm Biogas : chi phí thuê công lao động, chi phí mua nguyên vật liệu xây dựng ( xi măng, cát, gạch…), ống dẫn gas…

Mô hình Biogas thường được sử dụng lâu dài, qua nhiều năm nên ta phải hiện giá chi phí (PVC) để tính toán

(1+𝑟) 𝑡 Trong đó, CO : Chi phí ban đầu

C1,…,Ct : Chi phí năm 1, năm t r : Suất chiếu khấu t : Thời gian

3.2.2 Hệ thống chỉ tiêu phân tích NPV, BCR và IRR

- Giá trị hiện tại ròng (BCR) : Là khoảng chênh lệch giữa giá trị hiện tại của lợi ích và giá trị hiện tại của chi phí

NPV = PVB – PVC Các phương án có NPV dương là các phương án đáng mong muốn

- Tỷ số lợi ích – chi phí (BCR) : Là tỷ số hiện giá của các lợi ích so với hiện giá của các chi phí

Tỷ số này lớn hơn 1 khi lợi ích đã chiết khấu lớn hơn chi phí đã chiết khấu, do đó tất cả các phương án có tỷ số lớn hơn 1 là có lợi và đáng mong muốn

- Suất nội hoàn (IRR) : Là suất chiết khấu mà tại đó hiện giá lợi ích bằng hiện giá chi phí ( hoặc hiện giá ròng bằng 0 )

- Ta có thể tính IRR bằng cách tìm ra lãi suất mà tại đó: PVB = PVC, tức là:

Những loại hình Biogas hiện có trên thị trường

Đây là những kiểu mô hình biogas hiện có, được bà con lắp đặt nhiều nhất

3.3.1 Biogas xây gạch truyền thống

Loại này thì chi phí thấp do có sẵn nguồn nguyên liệu, nhân lực Giá của nó giao động tầm khoảng 9 triệu – 10 triệu

Tuy nhiên thì có rất nhiều mặt hạn chế như : không có khả năng tự đào thải bã ra khỏi hầm, lâu dần sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của hầm thậm chí còn ngừng hoạt động Phụ thuộc vào tay nghề thợ xây, vì xây hình cầu đòi hỏi sự tỉ mỉ và tay nghề cao Độ bền không cao, nền đất xây hầm phải chắc chắn, không bị sụt lún

Loại này thì chi phí cao, giao động khoảng 10 triệu đến 15 triệu Vậy tại sao nó lại có giá cao đến như vậy đó là do nguyên liệu của nó: Sợi thủy tinh, sợi bazan, sợi hữu cơ, sợi carbon, sợi bor, sợi cacbua silic, sợi kim loại, sợi ngắn và các hạt phân tán, cốt vải… Trong đó nguyên liệu chính đó là sợi thủy tinh

Những đơn vị sản xuất bể khác nhau sẽ có giá cao – thấp khác nhau dẫn đến thành phần cấu tạo nên bể không đồng đều Bà con mang về lắp đặt dễ bị rò khí, độ bền thấp Nếu muốn lắp bể này phải thuê máy múc đào hố, phải có đội ngũ kỹ thuật cầu bồn lắp đặt nên tốn thêm nhiều chi phí

3.3.3 Biogas bằng màng chống thấm HDPE Đây là loại Biogas những trang trại có diện tích hồ xử lý chất thải lớn hay làm

Những hình thức Biogas HDPE áp dụng là: chỉ phủ mặt không lót đáy; phủ mặt và lót đáy Đòi hỏi đội ngũ thi công có tay nghề cao, có kinh nghiệm vì dễ rò rỉ khí qua đường hàn

Hình 3.3a Biogas bằng màng chống thấm HDPE

3.3.4 Túi Biogas Đây là xu thế Biogas mới nhất 2021 bà con nên áp dụng Được cải tiến liên tục trong những năm qua, đến nay túi Biogas được xem là mô hình Biogas tối ưu nhất cho hộ gia đình

+ Chi phí đầu tư thấp

+ Chất liệu nhựa dày 2 lớp, đảm bảo ngoại lực tác động

+ Dễ thi công, ai cũng tự tay làm được

+ Vận chuyển gọn nhẹ, có thể gửi hàng qua những bưu cục giao hàng

+ Gồm 3 lớp túi nhựa PE lồng vào nhau

+ Túi dài 8 - 9m ( chứa phân 5 – 10 con heo )

+ Túi dài 10 - 12m ( chứa phân 12 – 15 con heo )

+ Hai đầu túi được cố định vào 2 ống sành, đường kính 110cm

+ Túi chứa phân được đặt trong hố chứa bằng đất hoặc xây gạch để được bảo vệ an toàn.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ QUY TRÌNH

Đề xuất quy trình

Cơ sở lựa chọn công nghệ thích hợp.

Chia ra các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ thích hợp cho quy mô nông hộ, trang trại chăn nuôi và cơ sở sản xuất:

Quy mô sản xuất, chăn nuôi

+ Trung bình và lớn: nên sử dụng công nghệ phủ nhựa HDPE

+ Nhỏ: sử dụng công nghệ hầm ủ KT1 Trung Quốc nếu chăn nuôi lâu bền, có vốn đầu tư Tuy nhiên phải tính đến quy mô phát triển sau này Nếu kinh phí đầu tư thấp, nên sử dụng công nghệ phủ nhựa HDPE quy mô nhỏ

+ Cao: tận dụng hết biogas chạy máy phát điện, bán chứng chỉ CDM nên sử dụng công nghệ phủ nhựa HDPE

+ Thấp: chỉ sử dụng cho mục đích đun nấu, nên sử dụng công nghệ hầm ủ KT1 Trung Quốc hoặc phủ nhựa HDPE quy mô nhỏ

+ Xử lý chất thải: nên sử dụng công nghệ phủ nhựa HDPE vì có thể tích xử lý lớn, khả năng xử lý triệt để hơn

+ Sản xuất gas: nên sử dụng công nghệ phủ nhựa HDPE có hệ thống trộn làm tăng hiệu suất sinh gas và khả năng xử lý

Với các cơ sở lựa chọn trên cùng với các ưu, nhược điểm đã nêu ở chương 1 , hầm biogas làm từ vật liệu nhựa HDPE được lựa chọn để thiết kế dựa trên một số ưu điểm:

− Thích hợp cho quy mô chăn nuôi lớn nên lượng chất thải sinh ra mỗi ngày rất nhiều

− Chi phí đầu tư bằng nhựa HDPE thấp so với các hầm bằng gạch

− Thi công dễ dàng và nhanh chóng

− Hiệu quả xử lý chất thải và sản xuất khí sinh học cao

− Màng nhựa HDPE có độ bền cao, chịu được tác động ăn mòn hóa, chống thấm cao

− Tuổi thọ cao 10 - 30 năm, tùy vào vận hành và bảo trì

− Rất phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Đối với heo nái: Nhu cầu nước 150-200l/con.ngày, lượng phân 4kg/con.ngày Đối với heo thịt, nhu cầu nước 100l/con.ngày, lượng phân 3kg/con.ngày

Lưu lượng thải = số con với nhu cầu nước Từ đó, ta đề xuất sơ đồ công nghệ cho xử lý chất thải chăn nuôi 10.000 con lợn

Sơ đồ công nghệ : Phân và nước từ các chuồng trại qua hệ thống thu gom đến hố lắng sau đó vào hầm ủ Biogas Phân và nước lưu trong hầm Biogas trong vòng 20 ngày nhờ quá trình lên men kỵ khí nhờ các vi sinh vật kỵ khí làm tác nhân phân giải các nguyên liệu hữu cơ trong chất thải sẽ sản sinh ra khí sinh học, quy trình snh khí được mô tả theo sơ đồ sau:

Hình 4.1a Quy trình sinh khí CH 4

Toàn bộ lượng khí thu được sẽ cho qua hệ thống lọc khí, tại đây khí sinh học từ hầm ủ Biogas thông qua hệ thống lọc khí sẽ loại bỏ khí CO2, H2S và hơi nước

Hấp thụ CO2: CO2 được hấp thụ thông qua phản ứng:

CaCO3 kết tủa có thể loại bỏ ra khỏi dung dịch

Tách H2S: Khí H2S là khí ăn mòn sắt thép, phương pháp đơn giản để loại bỏ là cho Biogas đi qua lớp dây sắt (phế phẩm khi phay, tiện, cơ khí) hoặc Oxyt sắt Fe2O3 trộn với gỗ bào (vỏ bào) Phương pháp này là phương pháp rửa khí khô a b

Hình 4.1b a Phôi sắt trước khi bị oxy hóa b Phôi sắt sau khi bị oxy hóa

Hỗn hợp phân và nước sau thời gian được phân hủy trong hầm Biogas sẽ chảy ra ao lắng gạn sinh học, sau đó được dùng làm phân bón và tưới cây công nghiệp.

Hầm Biogas KT31

Ta chọn loại hầm Biogas KT 31 để sản xuất khí sinh học cho 10,000 con heo vì mô hình KT 31 áp dụng được cho trang trại với quy mô lớn Đây là một dạng thiết bị khí sinh học nắp cố định Sau đây là cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại hầm KT31 nắp cố định:

1 Bể phân giải: Chứa hỗn hợp nguyên liệu và nước để phân giải khí sinh học

3 Bộ phận chứa khí: Thu và lưu giưc khí sinh học sinh ra

4 Đầu vào: Nơi để nạp nguyên liệu vào bể phân giải

5 Đầu ra: Nơi lấy nguyên liệu phân giải ra khỏi bể

6 Đầu lấy khí: Nơi lấy khí ra khỏi bộ phận chứa khí

7 Bộ phận điều áp: Nơi chứa dịch phân giải bị chiếm chỗ để tạo ra áp suất khí

Thiết bị KT31 thuộc loại nắp cố định có 3 bộ phận phân giải, điều áp và chứa khí cùng nằm trong một bể

Ngăn điều áp (6) được xây ngay trên ngăn phân giải (1) Nắp chứa khí (2) nằm trong ngăn điều áp Ở phiên bản 1, nắp có dạng vòm bán cầu chế tạo bằng compozit tại công xưởng Nắp được buộc neo vào sàn để giữ không nổi lên khi chứa khí Khi cần mở chỉ việc tháo dây buộc và nhấc nắp lên

− Giai đoạn 1: Ở trạng thái ban đầu, bề mặt dịch phân giải trong ngăn chứa khí và khí ngoài trời (tại lối vào và ngăn điều áp) ngang nhau và ở “mức số không”, áp suất khí sinh học trong ngăn chứa khí bằng không Khí sinh ra tích lại ở ngăn chứa khí ngày càng nhiều đẩy dịch phân giải tràn lên ngăn điều áp Bề mặt dịch phân giải ở ngăn chứa khí hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân giải ở ngăn điều áp dâng dần lên Độ chênh lệch giữa 2 bề mặt này thể hiện áp suất khí Khí càng sinh ra nhiều thì áp suất càng tăng Cuối cùng mực chất lỏng ở ngăn điều áp dâng lên tới mức cao nhất là “mức tràn” và mực chất lỏng trong ngăn chứa khí

− Giai đoạn 2: Giai đoạn xả khí Khi mở van khí cho khí thoát ra, chât lỏng từ ngăn điều áp dồn về ngăn chứa khí Bề mặt dịch phân giải ở ngăn điều áp hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân giải ở ngăn chứa khí nâng dần lên Độ chênh lệch giữa hai bề mặt này giảm dần và áp suất khí cũng giảm dần Cuối cùng ki hai bên bề mặt dịch phân giải ngang nhau, thiết bị trở lại trạng thái ban đầu, áp suất P 0 và khí chảy ra ngừng lại.

Tính toán thiết kế hầm biogas

− Thể tích phân giải (Vd): thể tích phần bể phân giải chứa dịch phân giải, tính từ mức thấp nhất trở xuống

− Thể tích trữ khí (Vg): thể tích phần chứa khí hoạt động tính từ mức số 0 tới mức thấp nhất

− Thể tích đệm (Vo): Thể tích phần ngăn chứa khí tính từ mức số 0 trở lên − Đây là phần thể tích chứa khí không hoạt động hay còn gọi là thể tích “chết” − Cỡ của thiết bị: tổng thể tích của bể phân giải

Công suất sinh khí của thiết bị: Lượng khí do thiết bị sinh ra trong một ngày

4.3.2 Tính toán lựa chọn kích cỡ thiết bị

Vì trang trại 10.000 con lợn công suất lớn khó kiểm soát nên ta chia thành 500 đơn nguyên Ta xây dựng mỗi đơn nguyên cho 20 con lợn

Cỡ của thiết bị khác nhau bởi hai thông số là thể tích trữ khí Vg và thể tích phân giải Vd Cả hai thông số này đều được xác định bởi nguyên liêu nạp hằng ngày Vì vậy, trước hết cần xác định thông số này

Bước 1: Tính lượng nguyên liệu nạp hằng ngày, M(kg/ngày) Lượng chất thải động vật được tính theo công thức:

Trong đó N: Số lượng động vật

C: Lượng chất thải thu được từ một đầu động vật

Trong thực tế lượng chất thải hàng ngày biến động Vì vậy nên ước tính lượng chất thải tối đa và xét tới xu hướng phát triển chăn nuôi để công trình có thể đáp ứng được nhu cầu xử lý chất thải khi phát triển chăn nuôi Lượng chất thải vật nuôi phụ thuộc nhiều vào loại, tuổi của vật nuôi, chế độ cho ăn, phương thức chăn thả Vì vậy nên xác định theo điều kiện thực tế của gia đình Nếu không có số liệu riêng thì có thể tham khảo bảng sau:

Bảng 4.3a Khối lượng chất thải của động vật Động vật

Lượng chất thải ( kg/ngày/động vật)

Ta chọn M=3kg/ngày/động vật

Với số con là 300 con

Sau khi biết M, ta xác định Vg và Vd

Bước 2: Tính thể tích trữ khí của thiết bị, Vg (m3 )

Chúng ta có 3 nhóm thiết bị tương ứng với 3 cỡ nắp chứa khí tiền chế được thiết kế với

3 thể tích trữ khí Vg, tương ứng với công suất sinh khí của thiết bị dùng để đun nấu và thắp sáng hàng ngày như bảng sau:

Bảng 4.3b Thông số của nhóm thiết bị tương ứng với 3 cỡ vòm

Thông số KT31-/0,8 KT31-/1,1 KT31-/1,6 Đường kính(m) 1,6 1,8 2

Thể tích trữ khí Vg (m3 ) 0,8 1,14 1,56

Tính Vg theo các bước:

Tính công suất (sản lượng khí thu được hàng ngày), P (m 3 /ngày)

Nếu nạp toàn bộ lượng nguyên liệu trên vào thiết bị KSH thì lượng khí thu được hằng ngày (gọi là công suất của thiết bị) tính theo công thức sau:

Trong đó Y là hiệu suất sinh khí của thiết bị, có thể tham khảo theo bảng sau:

Bảng 4.3c Hiệu suất sinh khí của các nguyên liệu thường gặp

Loại nguyên liệu Hiệu suất Loại nguyên liệu Hiệu suất

Chất thải bò 35 Phân của bò 42

Chất thải trâu 33 Phân của trâu 39

Chất thải dê, cừu 40 Phân của dê, cừu 49

Chất thải lợn 63 Phân của lợn 130

Chất thải người 72 Phân của người 194

Chất thải gà 74 Bèo tây 18

Rác rau xanh 40 Rơm rạ khô 180

Hiệu suất sinh khí phụ thuộc nhiều vào chất lượng nguyên liệu, nhiệt độ môi trường và thời gian lưu giữ nguyên liệu trong thiết bị Vì vậy cần căn cứ vào thực tế mà chọn giá trị phù hợp của Y

Tính hệ số trữ khí K

Hệ số tích trữ khí là tỷ số giữa thể tích tích trữ khí Vg của thiết bị và công suất sinh khí của thiết bị:

Ta chọn cỡ vòm Vg bằng hoặc lớn hơn giá trị tính được Chọn đường kính phần thu khí là 2m(Nên ta chọn hệ số K thích hợp vì nếu chọn K lớn thì Vg sẽ lớn, đầu tư tốn kém hơn)

Tính thể tích phân giải các thiết bị, Vd (m3 )

Mỗi nhóm thiết bị KT31 có 8 giá trị thể tích phân giải Vd khác nhau Chọn Vd thích hợp theo các bước sau

Chọn thời gian lưu, T (ngày)

Thời gian để nguyên liệu phân giải hoàn toàn và cho ta 100% sản lượng khí tối đa rất dài, có thể tới vài tháng (với chất thải động vật) hoặc hàng năm (với thực vật) Vì vậy muốn cho nguyên liệu phân giải hoàn toàn ta phải xây bể rất lớn Để đảm bảo hiệu quả kinh tế, người ta chỉ lưu giữ nguyên liệu ở thiết bị trong một thời gian nhất định, khi sinh khí mạnh nhất và nguyên liệu đủ “hoai”, các mầm bệnh (trứng giun sán, các vi trùng gây bệnh) được tiêu diệt gần hết Thời gian này được gọi là thời gian lưu, quy định ở bảng sau

Bảng 4.3d Thời gian lưu theo nhiệt độ

Vùng Nhiệt độ trung bình về mùa đông ( 𝟎 𝑪)

III >20 30 Ở thành phố Hồ Chí Minh nhiệt độ trung bình mùa đông cao nên ta chọn bùng III, T0 ngày

Xin lưu ý rằng thời gian lưu quy định trên là giá trị tối thiểu cần đảm bảo Nếu lấy thời gian lưu dài hơn thì càng tốt (mức độ nguyên liệu phân giải nhiều hơn, sinh ra

Chọn tỷ lệ pha loãng, N(1/kg) Để đảm bảo cho thiết bị hoạt động tốt, nguyên liệu cần pha loãng thích hợp Tỷ lệ pha loãng tí h theo lít nước cho 1k g nguyên liệu là chất thải động vật ( cả phân và nước tiểu ) được cho ở bảng dưới

Bảng 4.3e Tỷ lệ pha loãng đối với chất thải động vật

Chất thải của lợn, trâu, bò 1 - 3

Chất thải của ngừoi 2 - 4

Chất thải của ngựa, dê, cừu, gia cầm 3 - 5

Phân của ngựa, dê, cừu 4 - 6

Phân của người 5 - 7 Đối với các loại nguyên liệu thực vật, việc pha loãng phải đảm bảo cho nguyên liệu ngập nước

Cần lưu ý rằng pha loãng quá mức làm cho lượng cơ chất nạp vào bể hàng ngày quá nhiều, thời gian lưu ngắn đi

Chọn tỉ lệ pha loãng là 2 l/kg

Tính lượng nạp hàng ngày, L (lít/ngày)

Lượng nạp hàng ngày gồm nguyên liệu + nước pha loãng Gần đúng có thể coi 1 kg chất thải có thể tích là 1 lít nên:

Tính thể tích phân giải Vd

Thể tích phân giải tính theo lượng nạp hàng ngày và thời gian lưu:

Công thức tính Vd cho thấy nếu ta chọn tỷ lệ pha loãng N và thời gian lưu T lớn thì thiết bị có thể tích phân giải lớn, đầu tư kinh phí xây dựng sẽ cao Vì vậy nếu muốn tiết kiệm thì chỉ nên chọn các giá trị tối thiểu là đủ

Kiểm tra thể tích bể phân giải:

Bảng 4.3f Giá trị các chỉ tiêu bể phân giải

TCOD(g/L) SCOD(g/L) TS(g/L) VS(g/L) pH TKN(g/L)

Ta có lượng nạp hằng ngày L = 180 l/ngày = 0,18 m 3 /ngày

Lượng VS/ ngày: 35,78 × 0,18 = 6,44 KgVS/ngày

Theo số tay thiết kế các công trình xử lý sinh học thì tải trọng hữu cơ 1-4 kg VS/ m3 ngày

Thể tích phần phân giải = (Kg VS/ngày)/(Kg VS/ m3 ngày) Vậy thể tích bể phân giải cho 20 con heo là 1,61 – 6,44 m 3

Ta tính Vd =5,4 nằm trong khoảng giá trị cho phép.

Xây dựng hầm biogas

4.4.1 Xác định vị trí xây dựng

Lựa chọn địa điểm thích hợp là việc làm đầu tiên Để cho thiết bị hoạt động thuận tiện, tuổi thọ lâu dài, dễ dàng thi công, việc lựachọn địa điểm được căn cứ vào các yêu cầu sau đây:

− Đảm bảo đủ diện tích mặt bằng để xây dựng thiết bị đúng kích thước dự kiến Tiết kiệm diện tích mặt bằng, tránh ảnh hưởng đến các công trình khác

− Cách xa nơi đất trũng để tránh bị nước ngập, xa hồ, ao để tránh nước ngầm, thuận tiện khi thi công và giữ cho công trình bền vững lâu dài

− Tránh những nơi đất có cường độ kém để không phải xử lý nền móng phức tạp và tốn kém

− Tránh xa không cho rễ tre và cây to ăn xuyên vào công trình làm hỏng công trình về sau

− Gần nơi cung cấp nguyên liệu nạp để đỡ tốn công sức vận chuyển nguyên liệu Nếu kết hợp thiết bị KSH với nhà xí thì cần nối thẳng nhà xí với bể phân giải để phân chảy thẳng vào bể phân giải đảm bảo yêu cầu vệ sinh

− Gần nơi sử dụng khí để tiết kiệm đường ống, tránh tổn thất áp suất trên đường ống và hạn chế nguy cơ tổn thất khí do đường ống bị rò rỉ

− Gần nơi tích trữ và chế biến nước xả để cho nước xả có thể chảy thẳng vào bể chứa

− Đặt ở nơi có nhiều nắng, kín gió để giữ nhiệt độ cao, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh khí

− Cách xa giếng nước từ 10m trở lên để phòng ngừa nước giếng bị nhiễm bẩn

Thiết bị KT31 được xây dựng bằng các vật liệu thông thường Để đảm bảo chất lượng công trình, cần lựa chọn vật liệu đảm bảo các yêu cầu dưới đây:

− Gạch: Cần chọn gạch tốt, mác từ 75 trở lên Gạch được nung chín đều và có kích thước đều đặn Không sử dụng gạch phồng, gạch non, gạch nứt, méo mó Bề mặt gạch phải sạch, không có đất cát hoặc rêu bám bẩn

− Cát: Cát thô (thường gọi là cát vàng) dùng trộn vữa xây đường kính không quá 3 mm Cát mịn (thường gọi là cát đen) dùng cho vữa trát Cát phải sạch, không lẫn đất, rác và các chất hữu cơ Cát bẩn phải sàng rửa sạch trước khi sử dụng

− Xi măng: Xi măng pooclăng mác từ PCB 30 trở lên Đảm bảo xi măng còn mới, vẫn đạt mác như khi xuất xưởng Không sử dụng xi măng đã vón cục, hạ mác

− Sỏi, đá dăm: Sỏi, đá dăm là những cốt liệu cần thiết để đổ bê tông Đá dăm dính kết với xi măng tốt hơn sỏi Yêu cầu chung là bề mặt phải sạch, không dính đất hoặc các chất hữu cơ, kích thước 5 –20 mm

− Vữa: Vữa xây và trát thường dùng vữa xi măng cát

Bảng 4.4a Cấp phôi vữa với xi măng mác PCB 30

Loại vữa Cấp phối 1m 3 vữa Tỷ lệ theo thể tích

Xi măng Cát Xi măng Cát

Hố xi măng nguyên chất có tỷ lệ nước/xi măng không vượt quá 0,4

− Ống nạp: Ống vào có đường kính = 100 mm Hiện nay trên thị trường có bán sẵn ống nhựa PVC nên dùng loại này là tiện nhất.Yêu cầu đối với ống là phải không thủng, nứt, vỡ và bề mặt phải sạch để kết dính tốt với khối xây

Việc đầu tiên khi thi công là phải xác định cốt ±0 và vị trí bể phân giải Dự án Khí sinh học công nghiệp

Cốt ±0 là mốc để xác định các độ sâu như cốt tràn và độ sâu của đáy bể phân giải Cốt ±0 phải bằng hoặc thấp hơn nền chuồng và cao hơn mặt sân để nước xả tự chảy ra cống rãnh và nước mưa từ cống rãnh không chảy vào bể Đánh dấu cốt ±0 vào một vật cố định như tường, cột nhà để từ đó xác định độ sâu của các bộ phận khác

Tiếp theo hãy xác định vị trí bể phân giải trên mặt bằng Đánh dấu tâm bể bằng một cọc tre Lấy dấu hố cần đào bằng một vòng tròn với bán kính bằng bán kính ngoài của bể phân giải cộng thêm 15 – 20 cm Đào đất:

− Không xáo trộn đất nguyên thuỷ chung quanh hố cũng như chất các vật nặng và đất đã đào chung quanh hố

− Nếu bố trí lối vào ngoài bể, khi thi công tới ống lối vào sẽ xẻ tiếp khe đặt ống Không đào trước để tránh sụt lở

− Đất đào lên cần đổ vào nơi thích hợp để không ảnh hưởng tới việc thi công − Nếu có nước ngầm thì nhất thiết phải:

+ Đào rãnh thu nước quanh đáy về hố thu nước để dễ dàng bơm nước ra khỏi hố;

+ Tăng chiều dày lớp đất chèn xung quanh khối xây để chống lại lực ác- simét nâng khối xây lên

− Gặp mạch nước rỉ ngang, cần dùng đất sét để bịt lại

Kích thước hồ đào phải bằng kích thước của các khối xây dựng trong bản vẽ thiết kế cộng thêm 15 cm bề dày lớp đất chèn lấp quanh hố xây Trong trường đất cứng chắc có thể lắp đặt các khối xây sát hơn với thành hố, nhưng cần chừa khoảng trống để lấp đất chèn kỹ chân tường

Kích thước hố đào phải bằng kích thước của các khối xây trong bản vẽ thiết kế cộng thêm khoảng 50 cm bề dày lớp đất chèn lấp quanh khối xây

Tuỳ theo chất đất và độ sâu, độ nghiêng của thành hố đào cần theo qui định sau:

Bảng 4.4b Độ sâu (m) cho phép đào thành hố thằng đứng

Loại đất Trường hợp không có nước ngầm

Trường hợp có nước ngầm Đất cát và đất sỏi 1,00 0,6 Đất thịt pha cát và đất thịt 1,25 0,75 Đất sét 1,5 0,95 Đất đặc biệt chắc chắn 2 1,2

Khi độ sâu hố đào vượt quá giới hạn qui định ở bảng 4.8, phải đảm bảo độ nghiêng như qui định ở bảng 4.9

Bảng 4.4c Độ nghiêng nhỏ nhất cho phép của thành hố

Loại đất Độ nghiêng Đất cát 1 : 1 Đất thịt pha cát 1 : 0,78 Đất có sỏi và đá cuội 1 : 0,67 Đất thịt 1 : 0,05 Đất sét 1 : 0,33 Đất hoàng thổ khô 1 : 0,25

Chú thích: Độ nghiêng là tỷ số giữa độ cao của thành hố và khoảng cách giữa chân và đỉnh của thành hố tính theo phương nằm ngang

Kiểm tra chất lượng

Sau khi xây dựng xong cần tiến hành kiểm tra kỹ chất lượng của công trình Kinh nghiệm cho thấy một số nơi đã không chú ý đến việc này, vội nạp nguyên liệu Khi đưa công trình vào làm việc mới thấy nhiều trục trặc Do đó lại lấy nguyên liệu ra để xử lý, gây lãng phí về nhân công và nguyên liệu nạp

4.5.1 Kiểm tra sơ bộ bằng quan sát

Trước khi lắp vòm phải xuống kiểm tra Quan sát bên trong bể xem có những vết nứt hoặc lộ cát xuất hiện không Dùng ngón tay hay que nhỏ gõ nhẹ vào nhiều vị trí bên trong tường xem có những chỗ rỗng xốp do lớp vữa trát bị bong hay không Những chỗ lộ cát, nứt hoặc bong cần phải đục ra trát lại

4.5.2 Kiểm tra bằng đổ nước

Sau khi lắp vòm, đóng khoá khí lại Đổ nước vào tới mức tràn của bể và quan sát xem vòm có chỗ xì khí không Chờ một thời gian cho tường hấp thụ nước tới mức bão hoà Khi mực nước đã ổn định, đánh dấu lấy mực nước Sau 24 giờ nếu mực nước giảm đi không đáng kể là thiết bị đảm bảo kín nước

Nếu mực nước giảm nhanh là có chỗ rò rỉ Đợi cho tới khi mực nước ngừng lại không giảm nữa Xác định chỗ rò rỉ nằm ngay sát trên mức nước ổn định để xử lý Nếu công trình đảm bảo kín nước và kín khí tốt, hãy đưa công trình vào hoạt động phục vụ các bạn

4.5.3 Lắp đặt hệ thống dẫn khí Ống dẫn khí: Ống dẫn khí nối thiết bị KSH với các bộ phận của hệ thống phân phối và sử dụng khí Ống thép mạ cũng như ống nhựa cứng và nhựa dẻo, ống cao su đều có thể sử dụng để dẫn khí

Chúng ta nên sử dụng ống nhựa làm ống dẫn khí Đường ống chính nối từ thiết bị KSH tới nơi sử dụng nờn dựng ống PVC ị21 vỡ cú sẵn cỏc chi tiết nối, khụng bị rỉ, không bị võng khi lắp đặt Ống nối từ đường ống chính vào các dụng cụ sử dụng nên dùng loại nhựa mền dầy ị10

Hình 4.10 Ống nối từ ống chính vào bếp, đèn…

Những chi tiết nối là cần thiết để nối các đoạn ống tạo thành đường ống dài hơn, thay đổi hướng hoặc kích thước của đường ống, hoặc nối với các phụ kiện, dụng cụ như van xả nước đọng, áp kế, bếp, đèn

Các chi tiết nối thường được sử dụng gồm có: Ống nối hai ngả 2 ống cùng cỡ thẳng hang gắn cố định ( măng song) hoặc có thể tháo mở (rắc co), nối 2 óng cùng cỡ vuông góc, nối 2 ống khác cỡ, ống nối ba ngả (tê, chạc ba)

Hình 4.5a Các chi tiết nối ống

Chi tiết nối ống mềm với nhau thường có khía để giữ ống không tuột khỏi chi tiết nối Nếu nối với ống kim loại, các chi tiết nối có ren răng Với các ống nhựa cứng PVC người ta thường dùng keo gắn các chỗ nối

Van được dùng để đóng mở đường ống dẫn khí Có thể dùng các van bi hoặc van côn bằng kim loại hoặc bằng nhựa sẵn bán trên thị trường làm van khí Van bi là phổ biến nhất, dễ sử dụng, bền và kín khí

Trước khi lắp, cần kiểm tra độ kín của van bằng cách đặt van vào nước, bịt hiện ở những vị trí không nằm trên đường dẫn khí là van bị hở Thỉnh thoảng nên nhỏ một giọt dầu nhờn để cho van dễ vặn và kín

Bộ phận xả nước đọng khí sinh học luôn chứa hơi nước bão hoà Hơi nước sẽ ngưng đọng trong đường ống Nếu không tháo nước đọng đi thì đường ống sẽ bị tắc Có nhiều cách để thoát nước đọng nhưng đơn giản nhất là lắp đường ống dốc về bể phân giải hoặc về một chỗ thích hợp ở đó có lắp van xả nước đọng Lắp một tê vào vị trí thấp nhất của đường ống nằm ngoài nhà Dùng một đoạn ống trong suốt và một van nối vào đầu dưới của tê Khi nước đọng trong đoạn ống trong suốt gần đầy thì mở van xả nước đọng đi

Hình 4.5c Van xả nước đọng Áp kế: Áp kế là một ống chữ U trong suốt (bằng thuỷ tinh hoặc nhựa) có chứa nước gắn vào một bảng có kẻ thước Nhánh ngắn sẽ nối với hệ thống dẫn khí Nhánh dài để hở thông với khí trời

Khi chưa nối với ống dẫn khí, mực nước ở 2 nhánh ngang nhau và ngang mức số 0 Khi nối vào ống dẫn khí, nếu áp suất khí lớn hơn áp suất khí trời, nó sẽ đẩy nước trong ống dâng lên ở nhánh hở Độ chênh mực nước ở hai nhánh cho ta biết áp suất khí Áp kế chữ U còn có tác dụng là một van an toàn nếu tổng chiều dài của cột nước trong ống được giữ bằng áp suất khí cực đại cho phép Khi khí quá nhiều, áp suất khí tăng quá áp suất cực đại cho phép, khí sẽ sủi bong bóng qua nước và thoát ra ngoài khí trời

Nếu áp suất khí quá mạnh có thể thổi nước phun ra khỏi ống Để giữ cho nước không phun đi mất, ta lắp một lọ có lỗ thủng ở đáy vào đầu nhánh dài để giữ nước Khi khí xả bớt đi, áp suất khí giảm dần và sẽ hạ tới mức áp suất cho phép Lúc này nước trong lọ tự động dồn về ống và giữ khí lại, không cho xả tiếp nữa.Như vậy lọ giữ nước vừa có tác dụng lưu giữ nước, vừa có tác dụng tự động đóng đường ống khi áp suất dưới giới hạn cho phép, không cho khí xả hết đi mất Khi lắp áp kế chữ U cần lưu ý chiều dài của nhánh dài khoảng 100 cm Vị trí số

QUY TRÌNH LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ VÀ CHÚ Ý KHI VẬN HÀNH

Lựa chọn địa điểm theo những yêu cầu sau

- Đảm bảo đủ diện tích mặt bằng ( tối thiểu 3m × 3m )

- Gần nơi cung cấp nguyên liệu nạp Nếu kết hợp thiết bị Biogas với nhà xí thì cần nối thẳng nhà xi với bể phân giải để phân chảy thẳng vào bể phân giải đảm bảo yêu cầu vệ sinh

- Đặt ở nơi có nhiều nắng , kín gió để giữ nhiệt độ , tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sinh khí

- Cách giếng nước hoặc bể nước sinh hoạt 5m

- Không gần cây lâu năm

- Không xây các công trình kiên cố trên công trình Biogas như : nhà, bếp…

- Các hộ gia đình có chăn nuôi tối thiểu 3 con lợn hoặc 2 con trâu, bò trở lên

- Có diện tích mặt bằng tối thiểu 3m × 3m

- Dùng chung cho cả hố xí tự hoại, không cần xây bể phốt

5.1.2 Lựa chọn kích cỡ công trình khí sinh học

- Hiện nay trên thị trường, công trình khí sinh học bằng vật liệu có 3 kích cỡ phổ biến là loại xấp xỉ 6m3, 8m3 và 10m3

+ Tùy theo số lượng gia súc nuôi của từng hộ gia đình mà có thể lựa chọn công trình có kích cỡ khác nhau

+ Với công trình Biogas cỡ gần 6m3 có thể áp dụng cho hộ gia đình nuôi từ 3 – 15 đầu lợn

+ Với công trình Biogas cỡ gần 8m3 có thể áp dụng cho hộ gia đình nuôi từ 8 – 30 đầu lợn

+ Với công trình Biogas cỡ gần 10m3 có thể áp dụng cho hộ gia đình

Lắp đặt công trình khí sinh học composite

5.2.1 Chuẩn bị a) Xác định vị trí để đào hố

- Công trình 6m3 đào hố hình tròn đường kính 2,4m, sâu 2m

- Công trình 8m3 đào hố hình tròn đường kính 2,7m, sâu 2,4m

- Công trình 10m3 đào hố hình tròn đường kính 3m, sâu 2,7m

- Phần đáy của hố đào tạo thành hình long chảo – điều này sẽ giúp hạn chế việc sụt đất khi đào hố b) Chuẩn bị vật liệu và dụng cụ

- Cát đen: Chuẩn bị từ 1,5 – 2m3 cát để chèn bể , việc chèn bể là rất quang trọng, điều này giúp cho trọng lực của bể phân bố đều ra xung quanh hố đào, đảm bảo độ an toàn và thuận tiện cho việc di dời bể đến địa điểm khác khi cần thiết

- Tre ( hoặc luồng ) 2 cây dài khoảng 4m dùng cho việc hạ bể xuống hố

- Các dụng cụ khác: Máy mài, máy khoan, máy bơm nước, dây thừng, giấy ráp…

Hướng dẫn lắp đặt bể biogas Composite

Bước 1: Dùng giấy ráp hoặc dao cạo một lớp mỏng giữa hai tiếp điểm tiếp xúc cần gắn

Bước 2 : Gắn nắp trên và nắp dưới:

- Hòa 1/2 lượng keo + 1/2 lượng bột dùng que đảo kỹ Đổ 2 – 4 nắp dung dịch đông cứng thật đều lên phần keo đã trộn rồi đảo thật kỹ cho dung dịch được trộn đều

- Dùng tay bôi một lớp keo gắn mỏng vào giữa bavia trên miệng đáy rồi đậy nắp quả lên , định vị cách cửa ra hoặc cửa vào, cần chia đều khoảng cách giữa các mũi khoan, dùng

2 cờ lê xiết ốc lại

- Dùng tay miết keo gắn vào bên ngoài giữa 2 miếng ghép sau đó vào chui vào trong miết kỹ giữa 2 miếng ghép Chờ khoảng gần 2 giờ keo sẽ nóng lên và khô lại

Bước 3 : Gắn 2 cột điều áp : Khi thao tác cần lắp cột nhỏ trước

- Đặt 2 cột điều áp lên quả Cột to đặt vào bên cửa to, cột nhỏ đặt vào bên nhỏ dùng mực đánh dấu lấy tâm

- Dùng 1/2 số keo + bột + dung dịch đông cứng còn lại thực hiện như trên

- Bôi một lớp keo gắn lên ba via sau đó ập vào vị trí đã định vị trước, dùng tay ấn thật mạnh

- Dùng mũi khoan 10 mỗi bên 2 lỗ trên ba via cột áp dùng cờ lê xiết chặt lại Vào trong quả dùng keo gắn miết vào chỗ ốc vít

Bước 4 : Khoan đường dẫn khí Gas:

- Dùng mũi khoan 10 khoan giữa đỉnh nắp trên sao cho cắm vừa đầu cút nối ren ngoài nhựa 21

- Dùng keo gắn bôi 1 lớp bôi lên đầu cút nối ren trong và ren ngoài 21 sau đó dùng tay vặn chặt trên lỗ khoan Cắm dụng cụ đo áp lên

Bước 5 : Hạ bể xuống hố đã đào:

- Dùng 4 đoạn dây thừng khoảng 3 – 4m, buộc thắt nút vào 4 đầu ốc trên đai bể và 1 đoạn cắm xuống đáy hồ

- Kéo căng 4 đầu dây rồi từ từ hạ xuống quả xuống vị trí hố theo phương thẳng đứng, quay cửa vào nguyên liệu về hướng tùy chọn

- Chèn chặt đất xung quanh chìa đai để thử độ kín của mối ghép

Bước 6 : Thử áp ( thử độ kín của bể và các mối ghép )

- Bơm nước xà phòng đặc xoa đều lên trên quả và các mối ghép và 2 hòm tại 2 đầu cột áp nếu thấy chỗ nào phùn bong bóng thì lấy mực đánh dấu lại và bơm nước ra

Bước 7 : Xử lý chỗ hở, bục, thủng do khi hạ đập vào kim loại hoặc đá nhọn:

- Dùng sợi thủy tinh đặt vào chỗ thủng bên trong bể Nếu thủng to, dài thì cần 5 lớp sợi thủy tinh, thủng bé hoặc châm kim thì cần 1 – 2 lớp sợi thủy tinh

- Hòa nhựa gắn với 1 ít dung dịch đông cứng, khấy đều dùng chổi quét sơn nhúng vào nhựa quét lên từng lớp sợi thủy tinh Ngoài ra nếu thùng châm kim nhỏ, hở mối ghép nhỏ có thể dùng keo gắn trộn đều rồi miết vào phía ngoài và trong quả

Bước 8 : Lắp ống thu khí, ống dẫn phân và bã Ống thu khí : Được lắp trên đỉnh giữa của nắp trên của bể phân giải, dùng ống nhựa f 21mm độ và keo gắn để lắp ống dẫn khí vào đầu chờ của ống thu khí Khóa gas tổng được lắp trên đầu ống nhựa này

Dùng dây dẫn gas để dẫn khí gas từ sau khóa tổng vào các thiết bị dùng khí như bếp, đèn, nóng lạnh

Chú ý : Bể có thể đẩy bã hết ra ngoài mà không cần thau dọn bể trong suốt qúa trình sử dụng Tuy nhiên bể không thể đẩy các chất vô cơ như cát, gạch đá ra khỏi bể nếu như bị cho vào bể Để hạn chế việc này cần thiết phải xây thêm 2 hố ga phụ (hố ga lắng cát và hố ga lắng bã) để tăng cường hiệu suất của bể tránh bị tắc và đầy bể:

Hố ga lắng cát: Hố lắng cát được xây sát đầu vào của bể với kích thước R,D,C là

40cm x 40cm x 30cm bên trong được trát xi măng cát vàng tỉ lệ 1:1 Trên có nắp đậy bằng bê tông dầy 5cm Phân thải từ chuồng sẽ được thu về hố ga lắng cát trước khi chảy vào bể Toàn bộ các chất vô cơ nặng hơn sẽ được lắng xuống đáy hố ga Phần phân hữu cơ nhẹ hơn sẽ tự chảy vào bể đầu vào của bể Trong quá trình sử dụng chỉ cần nâng nắp hố ga để vét, loại bỏ đất cát lắng ở đáy hố

Hố ga lắng bã: Được xây bằng gạch sát bể điều áp đầu ra của bể, kích thước hố xây phụ thuộc diện tích đất của hộ gia đình, hố xây càng to càng lâu phải dọn và ngược lại Đáy của hố phải thấp hơn so với đầu ra của bể điều áp Bã sẽ được lắng xuống hố, phần nước thải nhẹ hơn sẽ theo đường ống thoát ra rãnh thoát Hố ga lắng bã có thể trát hoặc không trát xi măng và được đậy bằng nắp bê tông dầy 5cm phía trên.

Vận hành, bảo dưỡng công trình Biogas composite

Ngay sau khi công trình được lắp đặt hoàn chỉnh có thể đưa vào sử dụng ngay Quy trình sử dụng được tiến hành theo các bước sau:

Bước 1 : Điều tiết lượng nước ban đầu trong bể phân giải

- Nước đưa vào bể phân giải là nước sạch (tốt nhất nên dùng nước giếng khơi hoặc giếng khoan) không dùng nước ao tù, nước có chất độc tố, sát khuẩn

- Mực nước trong bể được đưa vào sao cho mức nước cao lên phía trên mép của nắp trên khoảng từ 5 – 10cm

Bước 2 : Nạp phân ban đầu vào bể

Người sử dụng nên chuẩn bị trước lượng phân cần thiết để sau khi lắp bể xong là cho vào để ủ phân giống Phân cho vào được hòa với nước trong bể theo tỉ lệ 1:1 là tốt nhất

- Bể 6m3 (đường kính 1,9m): nạp 200 – 300kg phân

- Bể 8m3 (đường kính 2,25m): nạp 500 -700kg phân

- Bể 10m3 (đường kính 2,4m): nạp 500 – 900kg phân

Phân ban đầu cho vào bể có tác dụng ủ lên men tạo vi khuẩn (phân giống) vì vậy cần thiết phải cho lượng phân như vậy để bể có thể có điều kiện hoạt động tốt nhất ngay từ đầu

Toàn bộ phân đổ vào không nên cho rơm rạ, trấu, cành cây, làm tắc đường vào và đường ra của bể

Không đổ vào bể các loại hóa chất diệt khuẩn như xà phòng, thuốc trừ sâu, thuốc kháng sinh điều đó sẽ làm chết các vi khuẩn trong bể

Trong thời gian chờ có gas (khoảng 10 – 15 ngày) không được cho nước vào bể mà chỉ tiếp tục cho phân vào trong bể

Bước 3 : Xả khí và thử kín

Xả khí: Sau khi nạp phân vào bể như ở bước 2, khoảng sau 2 ngày bể bắt đầu có khí, khí này không cháy được và thường có mùi hôi Hằng ngày mở khóa tổng để xả hết lượng khí này làm 2 lần sáng và chiều Xả xong đóng khóa tổng lại

Thử khí: Sau khoảng 5 – 7 ngày xả khí, các lần xả khí tiếp theo nên tiến hành thử để biết bể đã có gas cháy hay chưa Nếu thấy bếp có lửa cháy đều là được, khi đó không cần xả khí nữa.Nếu thấy bếp có lửa cháy bập bùng, ngọn lửa không đều thì nên tiếp tục xả khí một hoặc hai ngày nữa cho đến khi lửa cháy đều

Bước 4 : Duy trì và sử dụng: Để công trình Biogas có thể hoạt động liên tục và tốt nhất thì việc liên tục nạp phân và nước phải được duy trì và việc đảm bảo tỉ lệ pha loãng là hết sức cần thiết, tỉ lệ pha loãng tốt nhất là 1:1 hoặc 1:1,5

Thực hiện các bước như vậy 3 – 4 lần để liên tục pha loãng độc tố trong bể Sau khi thực hiện xong bể sẽ gần như hoàn toàn sạch sẽ và khi ấy quay trở về với qui trình sử dụng như bể mới ban đầu

- Thau dọn bể khi tạm dừng thời gian chăn nuôi quá dài: Khi tạm dừng thời gian chăn nuôi quá dài sẽ gây đóng cặn trong bể do bể bị khô (bay hơi nước), vì vậy nên thau dọn sạch bể và cho nước sạch vào ngâm để tiện dùng cho lần sau

- Xử lý công trình vào mùa đông lạnh:

Vào mùa đông nhiệt độ thấp, quá trình sinh khí chậm hơn mùa hè, nên lấy nước ấm (30 – 40 lít) nhiệt độ khoảng từ 37 – 40 0 C đổ vào cửa nạp phân để làm tăng nhiệt độ trong bể phân giải, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn hoạt động

5.4.2 Quy trình di chuyển công trình Biogas đến địa điểm mới

Bước 1 : Gạt bỏ lớp đất, bê tông… láng trên bề mặt bể cho đến lớp cát bên dưới Dùng máy nén khí bơm khí vào bể qua khoá tổng để đẩy phân và nước ra ngoài cho đến khi chỉ cũn lại ẵ thể tớch bể Khi đú phõn và nước khụng thể tiếp tục thoỏt ra ngoài được nữa Đóng khóa tổng lại

Bước 2 : Bơm nước vào hố: Dùng máy bơm bơm nước vào hố, do bể được tráng lớp gencot chống dính và cát nặng sẽ theo nước chìm xuống dưới đáy bể, lúc này bể như 1 cái phao khổng lồ sẽ nổi trên mặt nước, bơm nước đầy hố, bể sẽ nổi ngang bằng với mặt đất kéo nhẹ vào bờ, nghiêng bể đổ hết phần nước còn lại trong bể

Bước 3 : Vận chuyển: Chuyển bể lên phương tiện vận chuyển để mang đến địa điểm mới dùng tiếp.

An toàn xử dụng

Biogas có thể nổ khi được trộn lẫn với không khí ở tỷ lệ 6 - 25% Vì vậy khi lắp đặt công trình khí sinh học phải chú ý:

+ Không được lắp đường ống đi qua những nơi dễ cháy nổ để đề phòng hoả hoạn + Phải lắp đặt dụng cụ sử dụng như bếp, đèn, ở nơi dễ thao tác, không bị gió lùa, xa vật dễ bắt lửa

Còn nếu trong bộ phận chứa khí hoặc đường ống có không khí cần phải đẩy hết không khí ra ngoài trước khi sử dụng

Khi ngửi thấy mùi gas của BIOGAS trong không khí, có thể do đường ống hở Khi đó cần khóa van tổng để kiểm tra và tuyệt đối cấm lửa: Không được bật diêm, hút thuốc, dùng đèn dầu,

Biogas không độc nhưng duy trì sự sống nên gây ngạt Trong thành phần của Biogas có khí hydro sulfua (H2S) mùi trứng thối Nếu hàm lượng khí này cao thì Biogas cũng độc hại, gây choáng váng và đau đầu, do vậy:

- Phải lắp đặt dụng cụ sử dụng như bếp, đèn, ở nơi thông thoáng, dễ thoát khói thải và khí sinh học bị rò rỉ

Nếu khí rò rỉ ra trong buồng kín có thể gây nguy hại Nếu ngửi thấy mùi BIOGAS trong buồng thì phải nhanh chóng mở cửa và làm thông thoáng không khí rồi đóng van tổng và tìm nơi rò rỉ để khắc phục

Khi cần xuống bể phân giải, phải tuân theo những quy định sau đây:

+ Tháo và nhấc nắp ra khỏi bể

+ Đợi cho KSH thoát ra hết Có thể quạt không khí vào bể để đẩy KSH ra Kiểm tra lại sự an toàn của không khí bằng cách thả một con vật vào trong bể trong khoảng 5 – 10 phút, nếu con vật vẫn sống thì người có thể xuống

+ Xuống làm việc phải có người ở trên theo dõi và phải buộc dây an toàn để khi cấp cứu có thể được người ở trên kéo lên khỏi bể.

Nguyên lý hoạt động của hầm ủ HDPE

Hầm Biogas được tạo ra bởi nhiều thành phần khác nhau để tạo ra một hệ thống hầm sử lý chất thải hoàn thiện

Hầm được cấu tạo theo hình chữ nhật hoặc hình ống dài với chiều dài khác nhau phù hợp vào điều kiện địa hình địa chất của trang trại, song cấu tạo cơ bản gồm một khoang để chứa các dịch phân hủy nằm phía dưới mặt đất và một khoang dùng để chứa khí được sinh ra từ việc phân hủy chất hữu cơ

Chất thải cần xử lí sẽ được đưa vào hầm chứa dịch thông qua đường ống được lắp đặt theo thiết kế để nạp nguyên liệu từ quá trình vệ sinh chuồng trại chăn nuôi Qúa trình này đi theo đường ống dẫn vào hầm chứa, tại đây chất thải mới được tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí, với điều kiện lý tưởng chúng sẽ phân giải rất nhanh các chất hữu cơ để tạo ra khí và các phụ phẩm có ích khác, việc này diễn ra liên tục không ngừng nghỉ giúp tăng thể tích, áp suất hồ Biogas Đồng thời khi chất thải mới được đưa vào sẽ làm tăng thể tích, áp suất, với tác động cơ học của dòng chảy chất thải đã phân hủy xong sẽ được đẩy ra ngoài và quá trình nạp, phân hủy tiếp tục diễn ra

Nguồn nguyện liệu nạp vào sẽ được lưu lại trong khoảng 30 ngày, tùy thuộc vào các điều kiện tự nhiên, thời tiết

Khoang được dùng để chứa khí sẽ được phủ bạt HDPE với độ dày tối thiểu là 1mm, với hồ Biogas có kích thước lớn, điều kiện bất lợi ( gió giật ) thì cần dùng màng 1.5 hoặc dày hơn để đảm bảo cho độ bền không gian chứa khí gas được sinh ra trong quá trình phân giải chất thải

Khi mới xây dựng và lắp đặt, hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE chưa sản xuất được khí gas nên hầm sẽ có hình dáng bị xẹp xuống Chỉ sau khi quá trình phân giải không đi vào hoạt động ổn lượng khí gas được sản xuất ra ổn định, bạt HDPE sẽ bắt đầu phòng lên và tạo ra áp suất khí trong hầm.

Bảo dưỡng thiết bị

5.7.1 Bảo dưỡng thiết bị hầm sinh khí

Việc bảo dưỡng chủ yếu là lấy bỏ và lắng cặn Khi váng hình thành quá dày, làm giảm sản lượng khí, cần đượclấy bỏ đi Ở những thiết bị nạp phân trâu bò hoặc lẫn thực vật nên lấy váng mỗi năm một lần Ở những thiết bị vận hành tốt có thể tới vài năm mới phải lấy váng Lắng cặn ở đáy thiết bị tạo nên bởi các tạp chất như đất, cát, đá, gạch vỡ Lắng cặn làm giảm thể tích phân giải và có thể làm tắc lối vào Vì vậy, cần lấy ra khỏi thiết bị Đối với những thiết bị có nạp nguyên liệu thực vật, việc lấy lắng cặn được kết hợp với thay nguyênliệu thực vật đã phân giải bằng nguyên liệu mới Tốt nhất việc lấy bỏ váng và lắng cặn nên làm trước mùa đông để chuẩn bị cho thiết bị hoạt động thuận lợi trong mùa đông

5.7.2 Xả nước động trong đường ống

Nếu đường ống được lắp đặt đúng kỹ thuật (có độ dốc hoặc có bộ phận thu nước đọng), thì nước đọng được tự động xả và không gây tắc đường ống

Những đường ống bằng chất dẻo mềm thường có những chỗ võng và nước sẽ đọng lại ở đây Vì vậy phải dốc ống để nước xả đi vài ngày một lần

5.7.3 Theo dõi chất lượng khí và đưa khí vào sử dụng

Sau khi nạp xong, đóng van khí lại để tạo môi trường kị khí cho quá trình phân giải

Ban đầu thành phần metan thấp nên khí chưa cháy được Cần xả hết vài ba lần Sau đó châm thử ở bếp Nếu khí bắt cháy là có thể sử dụng được

Ngọn lửa của KSH có màu xanh da trời nhạt, khó nhìn thấy Do vậy nên che ánh sáng để dễ quan sát ngọn lửa khi đốt thử Khí đốt nhiều khí tạp nên ngọn lửa dễ bay khỏi mặt bếp Hãy đặt nỗi lên bếp khi thử để hạn chế ngon lửa bay khỏi mặt bếp, bếp dễ bắt cháy

Tùy loại nguyên liệu và thời tiết, thời gian sau khi nạp khí cháy được dài ngắn khác nhau Nếu dùng phân lợn hoặc phân trâu bò và thời tiết nắng nóng thì chỉ vài chục giờ sau, đã có khí cháy được Dùng các nguyên liệu khác hoặc thời tiết rét lạnh thời gian này lâu hơn, có thể tới hàng tuần và hơn nữa

Cần lưu ý phòng nổ và phòng cháy! Không được châm lửa vào đầu ống dẫn khí để thử vì có nguy cơ gây nổ

5.7.4 Theo dõi áp suất và sản lượng khí

Nếu thiết bị được vận hành bình thường thì sản lượng khí phải tương đối ổn định Áp suất là một dấu hiệu cho biết sản lượng khí

Khi sản lượng khí giảm bất thường là đã có những trục trặc trong vận hành hoặc hư hỏng ( rò rỉ ) của thiết bị, cần phát hiện nguyên nhân và khắc phục kip thời Áp suất giảm thấp, không thể đạt mức độ bình thường là biểu hiện của sự trục trặc sau đây:

+ Hệ thống có chỗ rò rỉ khí Cần kiểm tra phát hiện nơi rò rỉ và sửa chữa

+ Sản lượng khí giảm thấp Cần tìm nguyên nhân để khắc phục

+ Đường ống bị tắc Hiện tượng áp suất lên xuống chập chờn, bếp cháy không ổn định là biểu hiện trong đường ống có nước đọng, cần xả đi

Sau lần sử dụng đầu tiên, phải chú ý tránh va chạm vì mạng bị dòn, dễ vỡ Khi thay mạng mới, phải làm vệ sinh tổ ong, đầu vòi phun, bóng và chao đèn Tránh cầm tay không vào mạng cũ hoặc hít phải bụi mạng đã cháy, vì mạng có chất phóng xạ

Sự cố và biện pháp khắc phục

5.8.1 Sự cố khi vận hành

Bảng 5.8a Những hiện tượng trục trặc trong khi vận hành, nguyên nhân và cách khắc phục

Hiện tượng Nguyên nhân Cách khắc phục

Khí không có hoặc ít so với dự kiến

Nguyên liệu bị nhiễm độc tố Kiểm tra lại chất lượng nguyên liệu, nạp lại nguyên liệu chất lượng tốt

Nước pha không đảm bảo chất lượng

Kiểm tra lại chất lượng nước: độ pH, nguồn nhiễm độc tố

Không đủ vi khuẩn Đợi thời gian hoặc cấy thêm vi khuẩn

Thời tiết quá lạnh Ủ ấm cho thiết bị, hoặc đợi thời tiết ấm lại

Có chỗ rò rỉ khí Kiểm tra lại các chỗ có khả năng rò rỉ ở vòm chứa khí

Hình thành lớp váng dày bịt kín không cho khí thoát lên

Lấy bỏ lớp váng Lắp thêm bộ khuấy, đảm bảo tỷ lệ pha loãng thích hợp Không nạp các chất tạo váng

Váng và lắng cặn đầy Lấy bỏ váng và lắng cặn đi

Cơ chất quá kiềm (pH>8) Chỉ cần đợi thời gian

Lượng nguyên liệu nạp vào không đủ

Tăng nguyên liệu nạp bổ sung

Lượng khí không thỏa mãn nhu cầu

Khí ít so với dự kiến

Lượng khí sử dụng quá nhiều so với công suất công trình

Dùng bếp ở chế độ thích hợp Cải tiến bếp và dụng cụ nấu ăn Giảm lượng tiêu thụ

Thừa khí sử dụng Giảm bớt lượng nạp Tăng khả năng chứa khí, thay bếp lớn hơn

Nguyên liệu không được nạp vào bể Cơ chất quá đặc Pha loãng nguyên liêu

Các ống nạp tắc Tông cho khỏi tắc Lối vào bị lắng cặn Lấy cặn lắng đi Khí có mùi khó chịu Quá nhiều H2S Lắp thêm bộ lọc H2S

Các bộ phận kim loại bị đen

Quá nhiều H2S Lắp thêm bộ lọc H2S

Không có khí sinh ra nữa Dịch phân hủy bị nhiễm độc

Phải nạp lại toàn bộ

5.8.2 Sự cố trong hệ thống

Bảng 5.8b Những sự cố trong hệ thống, nguyên nhân và cách khắc phục

Hiện tượng Nguyên nhân Cách khắc phục

Khí không tới được nơi sử dụng

Rò rỉ Dùng nước xả phòng kiểm tra lại các chỗ có khả năng rò rỉ như van, chỗ nối Đường ống quá nhỏ Thay ống dẫn rộng hơn Tắc đường ống Phát hiện chỗ tắc bằng cách phân đoạn để kiểm tra, xử lý chỗ có sự cố

Dòng khí chập chờn Nước đọng trong đường ống

5.8.3 Vận hành thiết bị hàng ngày a Nạp nguyên liệu hằng ngày

Sau khi nạp nguyên liệu ban đầu 15 – 20 ngày, cần nạp nguyên liệu bổ sung và lấy nguyên liệu đã phân giải đi Lượng dịch phân giải lấy đi bằng lượng bổ sung vào, đảm bảo cho mức dịch phân giải khi áp suất khí bằng không luôn ngang với đáy bể điều áp ( mức số không )

Cần theo dõi hoạt động thực tế của thiết bị sau một thời gian để xác định lượng nạp bổ sung thích hợp nhất sao cho đạt sản lượng khí cao nhất Xin lưu ý rằng, nạp quá nhiều hoặc quá ít đều làm cho sản lượng khí giảm Nạp bổ sung quá nhiều cũng làm cho thiết bị hoạt động mất ổn định, ngừng sinh khí, có thể mất hàng tuần mới trở lại bình thường

Lượng nguyên liệu nạp hằng ngày:

Bảng 5.8c Lượng chất thải nạp tính cho 1m 3 phân giải

Vùng Các địa phương Lượng chất thải nạp ( kg/ngày/m 3 )

I Vùng núi cao phía Bắc 6 – 9

II Hầu hết cả nước 8 – 12

Pha loãng hợp lí sẽ tạo điều kiện cho quá trình phân giải xảy ra thuận lợi hơn Tuy nhiên, nếu nạp quá nhiều nước sẽ làm cho nguyên liệu bị loãng, chất thải chưa kịp phân giải đã bị đẩy ra khỏi bể phân giải khiến năng suất sinh khí kém, nước xả còn lẫn phân tươi, mất vệ sinh và chóng hình thành váng Đối với nguyên liệu là thực vật như bèo, rơm rạ… lượng nước pha loãng đảm bảo ngập hết nguyên liệu

Sau khi nguyên liệu đã được hòa trộn thật kỹ, mở nắp miệng ống đầu vào cho dịch chất thải chảy xối vào bể góp phần khuấy đảo dịch phân giải

Các tạp chất và chất độc cần tránh:

Không cho các tạp chất sau đây vào bể phân giải:

+ Đất, cát, sỏi, đá…vì chúng sẽ gây lắng cặn

+ Que, cành cây, mẫu gỗ là các thứ khó phân giải

+ Dầu mỡ, xà phòng, thuốc tẩy, thuốc nhộm, thuốc trừ sâu, thuốc sát trùng phân và nước tiểu của động vật có dùng kháng sinh Những thứ này sẽ b Khuấy đảo dịch phân giải

Việc khuấy đảo dịch phân giải có tác dụng tăng sản lượng khí lên đáng kể Nó đảm bảo cho nguyên liệu chưa bị phân giải tiếp xúc được với vi khuẩn Do đó các phản ứng xảy ra mạnh hơn Ngoài ra nó còn có tác dụng ngăn cản sự hình thành váng

Việc khuấy đảo có thể bằng các phương pháp sau:

+ Dùng một cái gậy thọc qua ống lối vào của thiết bị rồi kéo lên, đẩy xuống nhiều lần

+ Múc dịch phân giải ở bể điều áp đổ ngược lại bể nạp Biện pháp này còn có tác dụng lưu giữ lại một số vi khuẩn sinh metan sẵn có ở lối ra để tăng số lượng vi khuẩn sinh metan

Nên khuấy đảo mỗi ngày vài lần, mỗi lần khoảng 10 – 15 phút c Phá váng

Váng cản trở khí thoát ra khỏi bề mặt dịch phân giải Nếu váng quá dày có thể ngăn hoàn toàn không cho khí thoát ra

+ Pha loãng đúng mức là biện pháp quan trọng hạn chế tạo váng Pha loãng quá giúp cho những chất nhẹ dễ nổi lên tạo váng hình thành nhanh hơn

+ Ở thiết bị KSH nắp cố định vòm cầu, bề mặt dịch phân giải liên tục co lại khi dâng lên và giãn ra khi hạ xuống cũng góp phần phá váng

+ Khuấy đảo cũng hạn chế hình thành váng

+ Khi váng đã quá dày, cần phải mở nắp ra để lấy đi

Một thiết bị được vận hành tốt ( nguyên liệu nạp được loại bỏ chất xơ, pha loãng đúng mức, khuấy đảo thường xuyên ), sau vài năm tháng vẫn chưa gây trở ngại d Theo dõi áp suất khí Áp suất thấp, không thể đạt mức độ bình thường là biểu hiện của sự trục trặc sau đây:

+ Hệ thống có chỗ rò rỉ khí Cần kiểm tra phát hiện nơi rò rỉ và sửa chữa + Sản lượng khí giảm Cần tìm nguyên nhân để khắc phục

+ Đường ống bị tắc Hiện tượng áp suất lên xuống chập chờn, bếp cháy không ổn định là biểu hiện trong đường ống có nước đọng, cần xả đi e Theo dõi sản lượng khí

Nếu thiết bị hoạt động bình thường thì sản lượng khí phải tương đối ổn định Đánh giá sản lượng khí có thể căn cứ vào áp suất cực đại của khí hoặc lượng khí sử dụng được trong ngày

Khi sản lượng khí giảm bất thường là đã có những trục trặc trong vận hành hoặc hư hỏng ( rò rỉ ) của thiết bị, cần phát hiện nguyên nhân và khắc phục kịp thời

5.8.4 Sử dụng và bảo dưỡng thiết bị

- Nạp đầy đủ nguyên liệu cho hệ thống ( phân heo và toàn bộ nước lượng nước thải

- Sau khi nạp nguyên liệu vào hệ thống từ 20 – 30 ngày sẽ có gas sử dụng

- Khi thấy túi dự trữ gas căng tròn thì mở bếp sử dụng

- Làm rào chắn, máy che để bảo vệ và chống ánh nắng làm lão hóa hệ thống

Hình 5.8 Mái che chống nắng cho Biogas

- Thường xuyên kiểm tra đường ống dẫn gas để xử lý những chỗ bị tắt nghẻn

- Tránh các vật sắc nhọn và chuột làm thủng túi chứa gas

- Không cho thuốc sát trùng, vôi, xà phòng, các chất diệt khuẩn và hệ thống

Khí sinh học là một trong những nguồn năng lượng tái tạo có thể thu hồi được từ việc xử lý chất thải Vì vậy phát triển ứng dụng công nghệ khí sinh học không những giúp xử lý chất thải mà còn cung cấp năng lượng thay thế các nguồn năng lượng truyền thống, và cũng là một cách tiết kiệm năng lượng hiệu quả