Tiểu luận: Tính toán thiết kế mô hình Biogas ppsx

Ngày nay nhờ áp dụng hiện tượng phân hủy kị khí của xác sinh vật nói trên để sinh khí CH4 thì công nghệ khí sinh học được áp dụng rất rộng rãi trong và ngoài nước để sử dụng làm khí đốt

Khoa……….

TIỂU LUẬN

Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ

Gia Đình

Mục lục

I, lợi ích của khí sinh học và biogas 3

1, giải quyết vấn đề chất đốt lợi ích xã hội 3

2, kích thích phát triển nông nghiệp 4

3,biogas sự cải thiện sức khỏe cộng đồng 5

4 biogas vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp 6

II, phân loại hầm biogas 6

1, loại bán liên tục 6

a, loại nắp vòm cố định 6

b, loại nắp di động 7

c, loại kiểu túi 8

d, kiểu nước ngoài 9

2 loại nạp theo kiểu từng mẻ 10

III, thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình 10

LỜI MỞ ĐẦU

Thực tại ô nhiễm môi trường trong những thập niên gần đây đang là một vấn đề cấp bách của xã hội, hiện tượng ô nhiễm môi trường thì đang diễn ra khắp mọi nơi, đâu đâu cũng thấy rác thải và hiện tượng ô nhiễm trên các môi trường.và việc ô nhiễm trong nông nghiệp chăn nuôi hiện đang là một vấn đề cấp thiết đang đặt ra nhiều thử thách cho các nhà môi trường hiện nay.Cùng với việc tăng số lượng gia súc đã làm tăng số lượng chất thải chăn nuôi và gây ô nhiễm môi trường Do đó việc đặt ra là quản lý chất thải chăn nuôi để vừa ngăn chặn tác nhân gây ô nhiễm từ chất thải này vừa tái tạo năng lượng phục vụ sản xuất đang là vấn

đề đặt ra cho ngành chăn nuôi và các ngành công nghệ khác

Vì vậy công nghệ biogas nói riêng và công nghệ khí sinh học nói chung đã vạch ra cho người chăn nuôi một hướng giải quyết mới trong việc lựa chọn phương án thiết kế thi công một công trình sử lý chất thải chăn nuôi một cách hiệu quả nhất Hơn nữa, chất thải sau khi xử lý bằng công nghệ biogas đã được kiểm nghiệm và cho thấy đây là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho cây trồng,vật nuôi và các loại động thực vật thủy sinh Ngược lại, nếu chưa xử lý, chất thải chăn nuôi sẽ là nơi chứa nhiều mầm bệnh của các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ, các chất chứa ni-tơ và axit photphoric… do đó chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt lẫn nước ngầm Nước mặt ô nhiễm chảy xuống sông, suối, ao hồ gây hiện tượng làm giàu các chất dinh dưỡng trong nguồn nước Khi phân hủy sẽ tạo ra mêtan và amôniắc,hidrosunfua là những chất có mùi hôi thối, đồng thời gây hiện tượng nóng lên của toàn cầu Vì thế quản lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ biogas đã làm hạn chế phát thải, mang lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng,và đặc biệt là mang lại một nguồn lợi ích không nhỏ cho người chăn nuôi

Các chât hữu cơ như phân động vật, xác động vật và thực vật thường bị thối rữa và chuyển hóa thành các chất khác Quá trinh này được gọi là quá trình phân hủy, diễn ra trong đó do rất nhiều tác động nhưng vai trò quan trọng nhất là của các vi sinh vật nhỏ bé mà mắt thường không thể thấy và chủ yếu là các vi khuẩn kị khí.Quá trình xẩy ra trong môi trường không có oxy nên được gọi là quá trình phân hủy kị khí Sản phẩm khí thu được là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học,khí biogas Thành phần chủ yếu của khí là khí CO2 ,CH4 và H2O Khí CH4 có thể cháy được nên được ứng dụng để làm chất đốt và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác

Trong thiên nhiên quá trình phân hũy kị khí của xác sinh vật cũng sảy ra ở đáy ao hồ nước đọng vì ở đó không có O2 Khí sinh học trong trường hợp này được gọi là khí bùn ao hoạc là khí đầm lầy Ngoài ra khí đốt thiên nhiên cũng có bản chất như khí sinh học khi này được hình thành qua nhiều thời kì địa chất nên

có hàm lượng CH4 rất cao,khoản trên 90% Ngoài ra quá trình phân hủy kị khí cũng xảy ra trong đường tiêu hóa của các động vật khí này được tích tụ lai có thể dẫn đến bệnh đầy hơi ở động vật

Ngày nay nhờ áp dụng hiện tượng phân hủy kị khí của xác sinh vật nói trên để sinh khí CH4 thì công nghệ khí sinh học được áp dụng rất rộng rãi trong và ngoài nước để sử dụng làm khí đốt và giải quyết ô nhiễm môi trường Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học cũng là những chất rất phổ biến trong nền sản xuất nông nghiệp, đa số là những phụ phẩm của nông nghiệp

và thường thì bị bỏ đi như: những hợp chất hữu cơ, phân các loại động vật, thân các loài thực vật như bèo cỏ, rơm rạ

Quá trình sản xuất khí sinh học là quá trình tiến hành lên men sinh học cho các chất hữu cơ như : các chất thải nông nghiệp, phân và một số chất thải công nghiệp trong môi trường yếm khí để sinh ra khí metan, cacbondioxit và thành phần sunfithidro Ngoài việc sản sinh ra các khí trên, việc lên men các chất hữu cơ còn thay đổi chúng thành những chất ở dạng nhão, có giá trị dinh dưỡng cao để làm phân bón cho cây trồng.một lợi ích phụ của quá trình này

là tạo ra môi trường tốt cho sức khỏe của cộng đồng vi khuẩn có hại sẽ bị quá trình lên men các chất hữu cơ hủy diệt và quá trình sinh khí sẽ hủy diệt các vi khuẩn gây mầm bệnh Vi khuẩn sinh ra bệnh tật thông thường tập trung cao ở thể phân và nó đe dọa sức khỏe con người

Do ba yếu tố có lợi nêu trên của quá trình sinh khí, nên sử dụng khí sinh học làm chất đốt, năng lượng là rất phù hợp trong khu vực nông nghiệp, nơi mà có nguồn dự trữ thức ăn sẵn.sản xuất khí sinh học sẽ cho một tiềm năng to lớn đối với các vùng thiếu năng lượng ở các nước kém và đang phát triển một số nước đang phát triển có nguồn sinh khí to lớn đang chờ đợi để khai thác.vậy công nghệ khí sinh học đang mở ra một hướng đi mới góp phân giải quyết vấn đề năng lượng và môi trương

Việc ứng dụng công nghệ sản xuất khí sinh học từ nguồn chất thải chăn nuôi đã được các nhà khoa học trên thế giới thực hiện từ những năm

1930 Ở Việt Nam, Biogas được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm đầu của thập niên 60 và bước đầu đã mang lại những kết quả khả quan Nhìn chung thì nguyên lý hoạt động chung của các hầm biogas cũng hết sức đơn giản, toàn bộ hệ thống được chia ra ba phần là bộ phận nạp nguyên liêu, hầm phân hủy và bộ phận điều áp hay là bộ phận đưa chất thải ra ngoài Trong đó

bộ phận chính là hấm sinh khí, hầm này có nhiều kiểu hình dạng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào mỗi loại hầm và nhu cầu sử dụng cũng như là nguồn nguyên liệu mà ta có thể cung cấp hàng ngày hay định kỳ (đối với hầm

ủ theo mẻ ) Tại hầm sinh khí thì nguyên liệu đầu vào của ta là các loại phân hữu cơ và các xác thực vất sẽ bị các vi khuẩn kị khí phân hủy theo lối kị khí

và sinh ra khí metan(50-60 % ), cacbonic (30 % ),còn lại là hơi nước, hidrosunfua và một số chất khác….trong đó có khí metan là khí cần thiết cho mục đích của con người,hỗn hợp khí này sẽ được đi theo một đường ống và dẫn tới các thiết bị sử dụng theo mục đích của con người,còn lại là phân và các chất bã sẽ được thải ra ngoài qua hệ thống thải bã Cứ như thế nguyên liệu được nạp vào một cách liên tục và quá trình cứ diễn ra một cách tự động

nhờ vào sự chênh lệch áp xuất giữa bên trong và bên ngoài do khí được sinh ra

I Lợi ích của khí sinh học và biogas

Như đã nói trên thì việc phát triển mạnh công nghệ khí sinh học thành công đã mang lại rất nhiều những tiện lợi cho cuộc sống của người dân và góp phần vào việc giải quyết triệt để vấn đề môi trường,đặc biệt là trong ngàng chăn nuôi có thể nói công nghệ này mang lại rất nhiều lợi ích, và góp phần rất lớn trong việc phát triển kinh tế đất nước và đặc biệt là đối với các nước đang phát triển như chúng ta hiện nay

Đối với nước ta hiện nay mặc dù công nghệ này mới được phát triển cách đây không lâu,khoản đầu thập niên 60 nhưng đã mang lại rất nhiều lợi ích, chúng ta sẽ tìm hiểu một số lợi ích chính mà biogas đã mang lại như

- Thứ nhất lợi ích về mặt xã hội

- Thứ hai lợi ích trong nông nghiệp

- Thứ ba lợi ích môi trường

1 giải quyết vấn đề chất đốt,lợi ích xã hội

Việc phát triển khí sinh học là một bước tiến quang trọng để tiến tới giải quyết vấn đề thiếu chất đốt ở nông thôn, đó là mối quan tâm của cộng đồng dân cư nông thôn Sử dụng biogas, một chất đốt thu được từ các nguồn sinh vật dồi dào trong tự nhiên, là một nguồn thay thế cho các nhiên liệu rắn như than và củi đã mang lại một sự thay đổi cơ bản trong lịch sử chất đốt đối với các vùng nông thôn Đó là một sáng tạo kỹ thuật quan trọng không chỉ giải quyết chất đốt cho nông dân và các dân cư ở nông thôn mà còn tiết kiệm được một lượng lớn than cho quốc gia Nó đã đóng vai trò to lớn trong việc kích thích sản xuất công nông nghiệp và còn tạo nên một môi trường hợp tác trong nông thôn

Phát triển biogas còn giải quyết được một số vấn đề nảy sinh khác do thiếu chất đốt.rơm rạ để làm chất đốt có thể đưa ra cánh đồng làm phân bón cải thiện đất trồng trọt và cho phép đẩy mạnh thâm canh nông nghiệp, bã thải biogas còn dùng làm thức ăn khô cho gia súc Một lượng lớn lao động trước đây dùng để kiếm củi và vận chuyển than có thể đưa vào sản xuất nông nghiệp việc giảm nhu cầu đun củi đã giảm được nạn phá rừng và tăng thêm diện tích rừng Tiền để mua than và nhiên liệu rắn khác có thể tiết kiệm được

và giảm nhẹ gánh nặng tài chính

cho người nông dân Số lượng

lớn than nhà nước cung cấp cho

nông thôn và chi phí khổng lồ

vào việc vận chuyển cũng sẽ tiết

kiệm được để đưa vào xây dựng

công nghiệp sau khi phát triển

biogas người phụ nữ được giải

phóng khỏi các việc vặt trong gia đình và có thể tham gia vào sản xuất nông nghiệp nhiều hơn

Biogas có thể dùng để thắp sáng và công suất của loại đèn dùng biogas cũng rất đa dạng có thể đáp ứng được nhu cầu của mọi người

2 kích thích sản xuất nông nghiệp

Phát triển biogas là một con đường quan trọng để kích thích sản xuất nông nghiệp, không chỉ bằng việc đưa rơm rạ trở lại cánh đồng và tiết kiệm lao động, mà còn làm tăng trưởng đáng kể số lượng và chất lượng phân hữu

cơ Phân người và súc vật, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá cây đều có thể trở thành phân bón sau khi lên men qua phân hủy ở những hầm biogas đậy kín không khí Thành phần nitơ của chúng được chuyển thành amoniac

dễ dàng hấp thụ hơn đối với các cây trồng, như vậy cải thiện được phân bón Theo kết quả nghiên cứu của các viện nông nghiệp thì thành phần amoniac của phân hữu cơ được ủ men trong 30 ngày ở một hầm biogas đã tăng lên 19.3% và thành phần photphat hưu ích tăng lên 31.8%.ủ kín phân hữu cơ này trong các hầm biogas cũng ngăn cản được sự bốc hơi và mất mát amoniac

Phân được ủ trong các hầm biogas đã chứng tỏ làm tăng năng suất nông nghiệp theo thực nghiêm, năng suất ngô có thể tăng 28%.lúa nước tăng 10% lúa mì tăng 12,5% bông tăng 24,7%

Nếu dùng nước thải từ hầm biogas để ngâm hạt giống thì số lượng hạt giốn này mầm sẽ tăng cao hơn hẳng so với hạt giống không được ngâm phân,ngoài ra thì khí biogas còn được sử dụng ở một số nước tiến để bảo quản hoa quả được lâu hơn

Các thân cây, các loại cỏ dại mọc ở nước, lá cây và các chất thải khác đều là những vật liệu tốt cho việc sản xuất biogas Người nông dân có thể tích trữ được các vật liệu này để đưa vào hầm biogas trong bất kỳ thời gian nào, do vậy làm tăng nguồn phân bón cho cây trồng Các chất hữu cơ như phân động vật, các loại cây xanh, sau khi phân hủy để sản xuất biogas lại trở thành một loại phân hữu cơ giàu dinh dưỡng các nguyên tố N,P,K của nguyên liệu sau khi phân hủy hầu như không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng phân mà cây trồng dễ hấp thụ Thí nghiệm đã cho thấy phân được phân hủy trong thiết bị biogas so với phân được lưu giữ trong bể chứa phân

để hở có hàm lượng nitơ tổng số cao hơn là 14% và hàm lượng nito amoni cao hơn là 19,4% Bã thải của thiết bị cả phần lỏng và phần đặc khi sử dụng

để bón cho cây đều cho năng suất tăng khi được bón loại phân này thì cây trồng phát triển khỏe mạnh ít sâu bệnh Tác dụng cải tạo đất của phân KSH cũng thể hiện rõ sau 2 – 3 năm bón liên tiếp

- cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi

Chăn nuôi gia súc gia cầm: khi các chất hữu cơ phân hủy kỵ khí, một phần quan trọng được chuyển hóa thành các axit amin mới do quá trình tăng trưởng sinh khối của các vi khuẩn Chẳng hạn với phân trâu, bò người ta đo

được toàn bộ các axit amin đã tăng 230% sau khi phân hủy Ngoài ra một lượng lớn B12 đáng kể được tổng hợp trong quá trình phân hủy

Nuôi thủy sản khi sử dụng bã thải làm thức ăn cho cá thì, các chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của các thực vật phù du lẫn các động vật phù

du là nguồn thức ăn cho cá Do vậy sản lượng cá tăng đáng kể

3 biogas là sự cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường.

Phát triển chương trình biogas cũng là con đương hiệu quả để giải quyết vấn đề phân bón và cải thiện vệ sinh môi trường, tiêu chuẩn sức khỏe ở nông thôn Nó là biện pháp để thủ tiêu các trứng sán, giun, và các loại ký sinh trùng khác sống trong mọi loại phân Thu gom tất cả các phân thải của gia súc và người vào một hầm biogas là cách giải quyết vấn đề chất thải tốt nhất

Viện ký sinh trùng của nhiều nước đã công bố rằng: sau khi ủ lên men,

bã thải chỉ còn rất ít trứng các ký sinh trùng.giun sán giảm bớt 95% số lượng trứng sán, giun và các ấu trùng gây hại khác tìm thấy có thể giảm tới 99%

Nơi nào phát triển hầm khí sinh vật tốt, nơi đó sẽ kiểm soát có hiệu quả các bệnh về kí sinh trùng và bệnh giun sán, vệ sinh nông thôn được biến đổi tốt hơn, người làm nông nghiệp được bảo vệ, tiêu chuẩn chung về bảo vệ sức khỏe được nâng lên rõ rệt

Ngoài ra như trên ta đã nói thì trong thành phần khí sinh học do phân hủy xác của các sinh vật nên có một lượng lớn khí metan khoản trên 50% lượng khí thoát ra và 30% còn lại là cacbonic và hơi nước, đây là các khí góp một phần rất to lớn trong việc gây nên hiệu ứng nhà kính, một vấn đề nóng bỏng không kém Như vậy việc gom xác động thực vật lại để phân hủy một chỗ và sử dụng khí metan là một cách góp phần giảm nguy cơ gây hiệu ứng nhà kính

4 biogas và vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp

Phát triển biogas cũng có thể tạo nên một nguồn nhiên liệu mới cho việc cơ giới hóa nông nghiệp Hiện nay, ở một số quốc gia trong đó có Việt Nam, biogas được dùng với số lượng lớn không chỉ để nấu ăn, thắp sáng, mà còn để kéo các máy nông nghiệp

Biogas được dùng như một loại nhiên liệu chất lượng cao để nấu ăn và thắp sáng, cũng như cơ giới hóa, điện khí hóa nông nghiệp: biogas được dùng

để chạy các máy phát điện công suất nhỏ quy mô hộ gia đình, và một số động

cơ khác Ta có thể nêu một vài con số tổng quát để lập

kế hoạch khi cần thiết một mét khối biogas thắp sáng

một ngọn đèn 60W trong 6-7 giờ, hoặc chạy động cơ đốt

trong 1 mã lực làm việc được 2 giờ, tương đương với

năng lượng của 0,6 – 0,7 kg xăng Nó cũng có thể sản ra

được 1,25kWh điện năng Để thuận lợi trong việc vận

hành các thiết bị khí sinh học người ta thường cải tiến

các thiết bị dùng các loại nhiên liệu cũ để dùng nhiên liệu mới như là bộ chế

hòa khí GATEC dùng để cải tiến máy nổ có thể dùng song song cả hai loại nhiên liệu là khí biogas và xăng hoặc dầu

II Phân loai hầm biogas

Các loại hầm Biogas hiện nay được chia ra thành hai loại chính theo cách thức nạp nguyên liệu, đó là kiểu nạp nguyên liệu theo kiểu bán liên tục

và nạp theo mẻ

1 Loại bán liên tục

a, loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định

Loại này được cấu tạo gồm:

Bể kín khí xây dựng bằng vật liệu gạch đá,betong , đỉnh hầm và đáy

có dạng bán cầu, được làm kín, không cho thấm thoát khí ra ngoài bằng cách trát một số lớp vữa trên bề mặt phía trong của hầm Hầm này thường được cung cấp nguyên liệu theo kiểu bán liên tục mỗi ngày một lần, khí sinh ra tăng lên và được tích lại ở phần vòm phía trên Áp suất khí lên vòm có thể đạt tới 1-1,5 m áp lực nước các chất liệu cung cấp cho các loại hầm sinh khí này thường là các loại phân, và chất thải nông nghiệp Sản lượng khí sinh ra vào khoản 0,1-0,2 dung tích trên một khối lượng dung tích tương đương trong ngày, thời gian ủ trong hầm là 60 ngày ở nhiệt độ 250C

Ưu điểm:

- không có bộ phận nào bằng thép, chủ yếu bằng xi măng Do đó giá thành xây dựng hầm biogas này tương đối rẻ, xây dựng thiết kế kỹ thuật tương đối đơn giản và dễ làm

Nhược điểm:

-Khí thẩm thấu qua vòm thường là vấn đề chính đáng lo ngại của hầm sinh khí loại này

-Loại này thường dễ bị nứt sau một thời gian sử dụng nếu như xây không đạt yêu cầu,

b, loại nắp di động

Hầm lọại này được phát triển mạnh ở Ấn Độ,nó có một bể hình trụ, độ cao hầm so với đường kính hầm có một tỉ lệ trong phạm vi 2,5-4,1 :1, được xây dựng bằng gạch,betong lưới thép Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là các loại phân cung cấp bán liên tục,và được lấy bã thải ra làm phân bón qua một ống tháo với lượng bằng lượng nguyên liệu đưa vào hâm Thời gian duy trì nguyên liệu trong hầm khoản

30 ngày đối với môi trường khí hậu ẩm và 50 ngày đối với vùng khí hậu lạnh Sử dụng phân chuồng với chất đặc, rắn 9 %, năng suất khí sản ra chiếm 0,2-0.3 dung tích ứng với khối lượng nguyên liệu cho vào trong ngày một cách tương đối ổn định Áp lực khí tùy thuộc vào thùng chứa khí trên một đơn vị diện tích và thay đổi trong phạm vi 4-8 cm áp lực nước

Ưu điểm

-Độ chiệu lực tốt, bền, sử dụng được lâu

- ổn định được áp suất trong hầm

Nhược điểm

-Nắp vòm thường làm bằng thép có độ bền trung bình Giá thành cao việc chống ăn mòn khó khăn do nắp phải di động

c hầm sinh khí kiểu túi.

Hầm kiểu này bao gồm một ống trụ bằng chất dẻo tổng hơp hoặc bằng một túi chất dẻo mềm là phụ phẩm của các nhà máy sản xuất nhôm, kèm theo túi chất dẻo này lắp thêm các ống nạp chất liệu vào túi và ống tháo bã phân ra lắp một ống lấy khí từ túi ra ngoài ống nạp chất liệu được đặt sao cho áp lực trong túi duy trì thấp hơn 40 cm áp lực nước khí sinh ta tập trung trong túi dưới dạng dưới một màng chất dẻo co dãn tốt theo áp suất lớn hay nhỏ Một hầm sinh khí kiểu túi với dung tích 50m3 và vân nậng 270 kg và dễ dàng bố trí vào trong một rãnh nông Nguyên liệu được nạp vào trong túi theo kiểu bán liên tục với một khối lượng bằng với lượng bã được lấy ra từ cửa tháo

Thời gian để ủ chất

liệu thay đổi tùy theo loại

phân động vật từ 60 ngày ở

15-20 0C đến 30 ngày ở

nhiệt độ 30-350C

Hầm kiểu túi có thành

tường đặc biệt mỏng nó có

thể nhờ nhiệt mặt trời

chiếu trực tiếp để tăng

nhiệt sản lượng khí từ các

túi có thể đạt tới 0,23-0,61

dung tích khí so với dung

tích chất liệu nạp vào hàng

ngày và nó tùy thuộc vào

các điều kiện địa phương,

sự dồi dào có sẵn các

nguyên liệu nạp Nếu như chất dẻo hoặc màn PVC không kiếm được ta có thể là bằng betong với một màng tích khí mềm dẻo đặt mềm dẻo đặt ở trên đỉnh bê chứa betong

Ưu điểm

-Do là dùng chất liệu bằng chất dẻo nên việc lắp đặt hệ thống và vận hành không mấy khó khăn

-Chi phí cũng thấp hơn hẳn so với những kiểu hầm khí loại khác

-Do thành mỏng nên có thể tăng năng suất khi được mặt trời chiếu sáng ,tăng hiệu suất phân hủy

Nhược điểm