đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế cải tiến hầm ủ biogas qui mô cho hộ gia đình nông thôn

Chưa kể chất độn chuồng và trong chănnuôi không được xử lý triệt để không những ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻcủa đàn đến sức khoẻ của người chăn nuôi, dân cư quanh vùng mà còn ảnhhưởn

Mở đầu

Cùng với sự phát triển nhanh chóng về kinh tế của đất nước, kéo theo sựkhan hiếm về năng lượng, các nguồn năng lương như than đá ,dầu khí đang cạnkiệt ,giỏ nhiên liệu toàn cầu tăng cao Tình hình trên cho thấy nước ta phải đốimặt với nhiều khó khăn và thách thức về năng lượng Vì vậy viờc phát triểnnguồn năng lượng tái tạo thay thế phuc vụ cho phát triển nền kinh tế đất nước vàphuc vụ nhu cầu cuộc sống sản xuất cho xã hội là việc làm cấp thiết Nănglượng Biogas là một giải pháp hữu hiệu và thực tế, góp phần giảm tải nguồnnăng lượng đang cạn kiệt và bảo vệ môi trường một cách thiết thực ,tiết kiệmnăng lượng, đặc biệt là các hộ gia đinh nông thôn Trước thực tế đú, tụi đó được

bộ môn Động Lực- Khoa Cơ Điện giao đề tài :

“ Thiết kế cải tiến hầm ủ biogas qui mô cho hộ gia đình nông thôn ”.

Sau một thời gian nghiên cứu và thực nghiệm đến nay tụi đó hoàn thành đồ án vớinhững nội dung cơ bản sau :

Chương 1 : Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 : Cơ sở thiết kế cải tiến hầm ủ tạo khí biogas

Chương 3 : Thiết kế hầm ủ

Trong quá trình thực hiện tụi đó cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án, song do thờigian có hạn, trình độ, năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nờntrong quá trình thựchiện đề tài không thể tránh khỏi những hạn chế thiếu sút, kính mong được sự giúp

đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cám ơn thầy :PGS.TS Đặng Tiến Hũa đó tận tình hưởng dẫn trongsuốt thời gian thực hiện đề tài, tôi cũng xin chân thành cảm ơn các quý Thầy cô giáotrong bộ môn Động lực, cũng như trong khoa Cơ điện đã tạo điều kiện tốt nhất chotôi hoàn thành đồ án

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Mở đầu 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1 Tình hình phát triển và sử dụng khí biogas trong sản xuất và đời sống 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Thực trạng sử dụng công nghệ KSH, Biogas ở nước ta 5

1.3 Tiềm năng nguồn nguyên liệu cho hầm ủ Biogas ở nông thôn nước ta hiện nay 5

1.4 Giải pháp và cơ chế hình thành KSH 6

1.4.1 Giải pháp thực hiên 6

1.4.2 Cơ chế hình thành KSH 7

1.4.3 Qúa trình sản xuất KSH 8

1.5 Lợi ích từ năng lượng Biogas 8

1.5.1.Giải quyết vấn đề chất đốt,lợi ích xã hội 9

1.5.2.Kích thích sản xuất nông nghiệp 10

1.5.3 Biogas là sự cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường 11

1.5.4 Biogas và vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp 12

Chương 2 : CƠ SỞ THIẾT KẾ CẢI TIẾN HẦM Ủ TẠO KHÍ BIOGAS 14

2.1 Kết cấu các mẫu hầm đang được sử dụng ở nông thôn nước ta hiện nay …… 14

2.1.1 Hầm Biogas với thể tích 15m3 14

1 Vận hành thiết bị 15

2.1.2 Hầm Biogas với thể tích 20m3 17

2.1.3 Hầm Biogas thể tích 25m3 18

2.2 Các mẫu hầm ủ được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay 20

2.2.1 Loại bán liên tục 20

2.2.2 Loại nắp di động 21

2.2.3 Hầm sinh khớ kiểu tỳi 22

2.2.4 Hầm sinh khớ kiểu nước ngoài 24

2.2.5 Loại hầm biogas theo kiểu nạp nguyờn liệu theo từng mẻ 25

2.3 Cỏc dạng mẫu hầm đang được sử dụng ở nụng thụn nước ta hiện nay 26

2.3.1 Cỏc mẫu hầm nhúm A 26

2.3.1.1 Hầm sản xuất biogas nắp nổi 27

2.3.2 Cỏc mẫu hầm nhúm B – nắp cố định 28

2.3.2.1 Hầm sản xuất biogas nắp cố định 28

2.3.2.2 Mụ hỡnh hầm biogas sử dụng cho hộ gia đỡnh hiện nay 31

2.4 Phạm vi sử dụng cỏc hầm ủ biogas trong sản xuất và đời sống 32

2.4.1 Đun nấu bằng biogas trong gia đỡnh 33

2.4.2 Sản xuất biogas và phõn hữu cơ trong một trang trại 34

Chương 3 :THIẾT KẾ CẢI TIẾN HẦM Ủ BIOGAS 37

3.1 Khỏi niệm khớ Biogas và cơ sở sản xuất KSH 37

3.2 Nguyờn liệu để sản xuất Biogas, KSH 38

3.3 Phương ỏn thiết kế cải tiến, hoạt đụng của hầm ủ khớ Biogas 41

3.3.1 Phương ỏn cải tiến hầm ủ Biogas 41

3.3.2.Hoạt động của hầm ủ khớ Biogas 44

3.4 Cỏc khõu cần thiết để xõy dựng hầm ủ Biogas 45

3.4.1 Lựa chọn thiết bị 45

3.4.2 Lựa chọn địa điểm 46

3.4.3 Chuẩn bị vật liệu 46

3.4.4 Đào đất 47

3.4.5 Tiến hành xõy thiết bị 47

3.4.6 Kiểm tra độ kớn nước và kớn khớ 48

3.5 Qui trỡnh sử dụng, bảo dưỡng hầm ủ khớ Biogas 49

3.5.1 Đưa thiết bị vào vận hành 49

3.5.2 Vận hành thiết bị thường xuyên 52

3.5.3.Bảo dưỡng thiết bị 54

3.5.4 Đảm bảo an toàn 54

Kết luận: 57

Tài liệu tham khảo: 58

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1 Tình hình phát triển và sử dụng khí biogas trong sản xuất và đời sống 1.1 Đặt vấn đề.

Vấn đề rác thải nông nghiệp ở nông thôn nói chung và rác thải chăn nuôi nóiriêng hiện đang là một vấn đề đáng lo ngại của ngành nông nghiệp hiện nay, dovậy việc giải quyết vấn đề này vẫn còn đang là một bài toán khó

Đặc biệc trong ngành chăn nuôi thì phải đối mặt với lượng chất thải rấtlớn và nặng mùi khó chịu Nguyên nhân là do chất thải hiện được chăn nuôi theophương thức công nghiệp, lượng thức ăn tinh nhiều nờn phõn thường ít theokhuôn, mùi hôi nồng nặc, rất khó chịu Chưa kể chất độn chuồng và trong chănnuôi không được xử lý triệt để không những ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻcủa đàn đến sức khoẻ của người chăn nuôi, dân cư quanh vùng mà còn ảnhhưởng tới thành phần cơ giới đất, gây hiện tượng phì dưỡng, ảnh hưởng tới chấtlượng nước ngầm, ô nhiễm khụng khớ…

Như vậy vấn đề đặc ra là phải tìm được một giải pháp sao cho trước hết

là giải quyết được vấn đề ô nhiễm, thứ hai là có thể biến nguồn rác thải có hại đótrong ngành chăn nuôi thành một nguồn nguyên liệu có ích mà phục vụ được lợiích cho con người trong sinh hoạt và sản xuất

Một trong những công nghệ mà cho đến hiện nay có thể phần nào đáp ứngđược những yêu cầu về giải quyết chất thải chăn nuôi và làm cải thiện môitrường trong chăn nuôi đó là công nghệ khí sinh học, Biogas

1.2 Thực trạng sử dụng công nghệ KSH, Biogas ở nước ta.

Biogas 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 củathập niên 60 và bước đầu đã mang lại những kết quả khả quan.Tính tới nay, sốlượng công trình khí sinh học được xây dựng và đang hoạt động khoảng 120.000hầm, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilụng, còn lại là loại hầm kiên cố cónắp Mặc dù công nghệ biogas đã đem lại hiệu quả thiết thực trong đời sốngcộng đồng ở nông thôn nước ta, song do nhiều nguyên nhân, đến nay công nghệnày vẫn chưa phát triển mạnh và rộng khắp như mong đợi Số lượng hầm Biogas

đã lắp đặt còn rất hạn chế so với nhu cầu thực tế Một số nguyên nhân là do:chưa có công nghệ nào hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, việc xây dựng, lắp đặt và sửdụng hầm chưa thuận lợi, chi phí đầu tư xây dựng hầm còn cao so với thu nhậpcủa nông dân, việc thay thế, sửa chữa khó khăn do thiếu cơ sở dịch vụ kỹ thuật.Công tác sản xuất thiết bị và phụ kiện thay thế trong nước chưa được quantõm….Vấn đề đặt ra là phải có phương án cải tiến các hầm ủ hiện nay ,nhằmkhắc phục những hạn chế những hầm ủ đang được sử dụng

1.3 Tiềm năng nguồn nguyên liệu cho hầm ủ Biogas ở nông thôn nước ta hiện nay.

Ở nước ta, chất thải chăn nuôi cũng đã trở thành vấn nạn Theo báo cáo

của Cục chăn nuôi, hàng năm đàn vật nuôi của Việt Nam thải ra 80 triệu tấn chấtthải rắn gồm :phân, chất độn chuồn, thức ăn thừa,xỏc gia súc, gia cầm chết, vàcác chất thải lò mổ, vài chục tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chấtthải khí Do vậy mà việc xử lý chất thải chăn nuôi ngày càng được các cơ quanquản lý nhà nước, cộng đồng và chính những người chăn nuôi quan tâm Tuynhiên, ước tính hiện nay, chỉ có khoảng 40-70% chất thải rắn được xử lý Số còn

lại thải thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch Chất thải rắn có nguy cơ ô nhiễm do ít được

xử lý triệt để như chất thải của trõu, dờ, cừu

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 khắpmọi nơi, đâu đâu cũng thấy rác thải và hiện tượng ô nhiễm trờn cỏc mụitrường.và việc ô nhiễm trong nông nghiệp chăn nuôi hiện đang là một vấn đềcấp thiết đang đặt ra nhiều thử thách cho các nhà môi trường hiện nay.Cựng vớiviệc tăng số lượng gia súc đã làm tăng số lượng chất thải chăn nuôi và gây ônhiễm môi trường Do đó việc đặt ra là quản lý chất thải chăn nuôi để vừa ngănchặn tác nhân gây ô nhiễm từ chất thải này vừa tái tạo năng lượng phục vụ sảnxuất đang là vấn đề đặt ra cho ngành chăn nuôi và các ngành công nghệ khác

1.4 Giải pháp và cơ chế hình thành KSH

1.4.1 Giải pháp thực hiên

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 chọnphương án thiết kế thi công một công trình sử lý chất thải chăn nuôi một cáchhiệu quả nhất Hơn nữa, chất thải sau khi xử lý bằng công nghệ biogas đã đượckiểm 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 chănnuôi sẽ là nơi chứa nhiều mầm bệnh của các loại vi khuẩn gây bệnh, các chấthữu cơ, các chất chứa ni-tơ và axit photphoric… do đó chúng có thể gây ônhiễm 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 Khiphân hủy sẽ tạo ra mờtan và amụniắc,hidrosunfua là những chất có mùi hôi thối,đồng thời gây hiện tượng nóng lên của toàn cầu Vì thế quản lý chất thải chănnuôi 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 ớch khụng nhỏ chongười chăn nuôi.

1.4.2 Cơ chế hình thành KSH

Cỏc chõt hữu cơ như phân động vật, xác động vật và thực vật thường bịthối rữa và chuyển hóa thành các chất khỏc Quỏ trinh này được gọi là quá trìnhphân hủy, diễn ra trong đó do rất nhiều tác động nhưng vai trò quan trọng nhất làcủa các vi sinh vật nhỏ bé mà mắt thường không thể thấy và chủ yếu là các vikhuẩn kị khớ.Quỏ trỡnh xẩy ra trong môi trường không có oxy nên được gọi làquá trình phân hủy kị khí Sản phẩm khí thu được là một hỗn hợp khí gọi là khísinh học,khớ biogas Thành phần chủ yếu của khí là khí CO2 ,CH4 và H2O KhíCH4 có thể cháy được nên được ứng dụng để làm chất đốt và ứng dụng vàonhiều lĩnh vực khác

Trong thiên nhiên quá trình phân hũy kị khí của xác sinh vật cũng xảy ra

ở đáy ao hồ nước đọng vì ở đó không có O2 Khí sinh học trong trường hợp nàyđược gọi là khí bùn ao hoạc là khí đầm lầy Ngoài ra khí đốt thiên nhiên cũng cóbản chất như khí sinh học khi này được hình thành qua nhiều thời kì địa chấtnờn cú hàm lượng CH4 rất cao,khoản trên 90% Ngoài ra quá trình phân hủy kịkhí cũng xảy ra trong đường tiêu hóa của các động vật khí này được tích tụ lai

bị bỏ đi như: những hợp chất hữu cơ, phõn cỏc loại động vật, thõn cỏc loài thực

1.4.3 Qỳa trình sản xuất KSH.

Quá trình sản xuất khí sinh học là quá trình tiến hành lên men sinh họccho các chất hữu cơ như : các chất thải nông nghiệp, phân và một số chất thảicông nghiệp trong môi trường yếm khí để sinh ra khí metan, cacbondioxit vàthành phần sunfithidro Ngoài việc sản sinh ra cỏc khớ trờn, việc lên men cácchất hữu cơ còn thay đổi chúng thành những chất ở dạng nhão, có giá trị dinhdưỡng cao để làm phân bón cho cây trồng.một lợi ích phụ của quá trình này làtạo ra môi trường tốt cho sức khỏe của cộng đồng vi khuẩn có hại sẽ bị quátrình lên men các chất hữu cơ hủy diệt và quá trình sinh khí sẽ hủy diệt các vikhuẩn gây mầm bệnh Vi khuẩn sinh ra bệnh tật thông thường tập trung cao ởthể 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 sinhhọc 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 lớnđối với cỏc vựng thiếu năng lượng ở các nước kém và đang phát triển một sốnước đang phát triển có nguồn sinh khí to lớn đang chờ đợi để khai thỏc.vậycông nghệ khí sinh học đang mở ra một hướng đi mới góp phân giải quyết vấn

đề năng lượng và môi trương

diễn ra một cách tự động nhờ vào sự chênh lệch áp xuất giữa bên trong vàbên ngoài do khí được sinh ra

1.5 Lợi ích từ năng lượng Biogas

Như đã nói trờn thỡ việc phát triển mạnh công nghệ khí sinh học thànhcông đã mang lại rất nhiều những tiện lợi cho cuộc sống của người dân và gópphần vào việc giải quyết triệt để vấn đề môi trường, đặc biệt là trong ngàng chănnuôi 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 pháttriển như chúng ta hiện nay.

Đối với nước ta hiện nay mặc dù công nghệ này mới được phát triển cáchđây khụng lõu,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

1.5.1.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 giảiquyết 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 dồidào trong tự nhiên, là một nguồn thay thế cho các nhiên liệu rắn như than vàcủi đã mang lại một sự thay đổi cơ bản trong lịch sử chất đốt đối với cỏc vựngnông thôn Đó là một sáng tạo kỹ thuật quan trọng không chỉ giải quyết chất đốtcho nông dân và các dân cư ở nông thôn mà còn tiết kiệm được một lượng lớnthan cho quốc gia Nú đó đóng vai trò to lớn trong việc kích thích sản xuất côngnông 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 dothiếu chất đốt.rơm rạ để làm chất đốt có thể đưa ra cánh đồng làm phân bón cảithiện đất trồng trọt và cho phép đẩy mạnh thâm canh nông nghiệp, bã thải biogascòn 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 giảmnhu 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 tàichính 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 xâydựng công nghiệp sau khi phát triển biogas người phụ nữ được giải phóng khỏicác việc vặt trong gia đình và có thể tham gia vào sản xuất nông nghiệp nhiềuhơn

Biogas có thể dùng để thắp sáng và công suất của loại đốn dựng Biogascũng rất đa dạng có thể đáp ứng được nhu cầu của mọi người

1.5.2.Kớch thích sản xuất nông nghiệp

Phát triển biogas là một con đường quan trọng để kích thích sản xuất nôngnghiệp, 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 Phânngười và súc vật, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá cây đều có thể trởthành phân bón sau khi lên men qua phân hủy ở những hầm biogas đậy kínkhông khí Thành phần nitơ của chúng được chuyển thành amoniac dễ dàng hấpthụ hơn đối với các cây trồng, như vậy cải thiện được phân bón Theo kết quảnghiên cứu của các viện nông nghiệp thì thành phần amoniac của phân hữu cơđược ủ men trong 30 ngày ở một hầm biogas đã tăng lên 19.3% và thành phầnphotphat hưu ích tăng lên 31.8%.ủ kín phân hữu cơ này trong các hầm biogascũng ngăn cản được sự bốc hơi và mất mát amoniac

Phân được ủ trong các hầm biogas đã chứng tỏ làm tăng năng suất nôngnghiệp 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 hạtgiốn này mầm sẽ tăng cao hơn hẳng so với hạt giống không được ngõm phõn,

ngoài ra thỡ khớ Biogas còn được sử dụng ở một số nước tiến để bảo quản hoaquả 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 trữđược các vật liệu này để đưa vào hầm biogas trong bất kỳ thời gian nào, do vậylàm tăng nguồn phân bón cho cây trồng Các chất hữu cơ như phân động vật, cácloại cây xanh, sau khi phân hủy để sản xuất biogas lại trở thành một loại phânhữu cơ giàu dinh dưỡng các nguyên tố N,P,K của nguyên liệu sau khi phân hủyhầu như không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng phân mà cây trồng dễhấp thụ Thí nghiệm đã cho thấy phân được phân hủy trong thiết bị biogas sovới phân được lưu giữ trong bể chứa phân để hở có hàm lượng nitơ tổng số caohơn là 14% và hàm lượng nito amoni cao hơn là 19,4% Bã thải của thiết bị cảphần lỏng và phần đặc khi sử dụng để bón cho cây đều cho năng suất tăng khiđược bón loại phân này thì cây trồng phát triển khỏe mạnh ít sâu bệnh Tác dụngcải tạo đất của phân KSH cũng thể hiện rõ sau 2 – 3 năm bón liên tiếp

Chăn nuôi gia súc gia cầm: khi các chất hữu cơ phân hủy kỵ khí, mộtphần quan trọng được chuyển hóa thành các axit amin mới do quá trình tăngtrưởng sinh khối của các vi khuẩn Chẳng hạn với phõn trõu, bũ người ta đođược toàn bộ các axit amin đã tăng 230% sau khi phân hủy Ngoài ra một lượnglớn B12 đáng kể được tổng hợp trong quá trình phân hủy

Nuôi thủy sản khi sử dụng bã thải làm thức ăn cho cỏ thỡ, cỏc chất dinhdưỡng 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

1.5.3 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 quyếtvấn đề phân bón và cải thiện vệ sinh môi trường, tiêu chuẩn sức khỏe ở nôngthôn Nó là biện pháp để thủ tiêu các trứng sán, giun, và các loại ký sinh trùngkhác sống trong mọi loại phân Thu gom tất cả cỏc phõn thải của gia súc vàngười 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, bãthải chỉ còn rất ít trứng các ký sinh trựng.giun sỏn giảm bớt 95% số lượng trứngsán, 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 quảcác bệnh về kí sinh trùng và bệnh giun sán, vệ sinh nông thôn được biến đổi tốthơn, người làm nông nghiệp được bảo vệ, tiêu chuẩn chung về bảo vệ sức khỏeđược nâng lên rõ rệt

Ngoài ra như trên ta đã nói thì trong thành phần khí sinh học do phân hủyxác của các sinh vật nờn cú một lượng lớn khí metan khoản trên 50% lượng khíthoát ra và 30% còn lại là cacbonic và hơi nước, đây là cỏc khớ gúp một phầnrất to lớn trong việc gây nên hiệu ứng nhà kính, một vấn đề nóng bỏng khôngkém Như vậy việc gom xác động thực vật lại để phân hủy một chỗ và sử dụngkhí metan là một cách góp phần giảm nguy cơ gây hiệu ứng nhà kính

1.5.4 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 đểkộo cỏc mỏy nông nghiệp

Biogas được dùng như một loại nhiên liệu chất lượng cao để nấu ăn vàthắp 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 cơkhác Ta có thể nêu một vài con số tổng quát để lập kế hoạch khi cần thiết mộtmét khối biogas thắp sáng một ngọn đèn 60W trong 6-7 giờ, hoặc chạy động cơđốt 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 trongviệc vận hành các thiết bị khí sinh học người ta thường cải tiến các thiết bị dựngcỏc loại nhiên liệu cũ để dùng nhiên liệu mới như là bộ chế hòa khí GATECdùng để cải tiến máy nổ có thể dùng song song cả hai loại nhiên liệu là khíbiogas và xăng hoặc dầu.

Chương 2 : CƠ SỞ THIẾT KẾ CẢI TIẾN HẦM Ủ TẠO KHÍ BIOGAS

2.1 Kết cấu các mẫu hầm đang được sử dụng ở nông thôn nước ta hiện nay

2.1.1 Hầm Biogas với thể tích 15m 3

Hầm ủ Biogas trên thế tích 15m3

1 Vận hành thiết bị

Với thể tích của loại hầm trên, các hộ gia đình nuôi từ 10- 15 con lợn cỡ 40-50 kg

là có thể cho lượng khí dung đủ trong sinh hoạt của một gia đình 5 người

Lượng phân nạp đầy được xác định từ thể tích phân hủy của thiết bị Thôngthường lượng phân nạp từ 500kg ứng với 1m3 thể tích phân hủy, ứng với thể tíchhầm trờn thỡ cần khoảng 5000kg phân nạp vào để vận hành

Với khoảng 15 con lợn 50kg thì mỗi ngày trung bình cho 90kg phõn thỡ chi trong

2 tháng sẽ đủ lượng phân cần nạp Nếu không đủ phõn thỡ lỳc nạp cần pha loãnghơn mức qui định Ta có thể dùng nguyên liệu thực vật để nạp ban đầu thay thếhoàn toàn phân hoặc phối với phân

Lượng nguyên liệu cần nạp cho 1m3 phân hủy như sau :

Với bốo tõy : 400-500 kg

Với rơm rạ : 120-150 kg

Nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước ( đậ, băm, thành những mẫu nhỏ dài1-3cm, xếp thành đống gồm nhiều lớp, mỗi lớp dày khoảng 50cm Rắc lên trênmỗi lớp một ít phân, hàng ngày tưới nước để giữ ẩm.).Về mùa hè ,thời gian ủ 7-

10 ngày, mựa đụng thời gian ủ kéo dài 20 ngày Có thể dùng bể phân hủy làm nơinạp sơ bộ, sau khi nguyên liệu đã được xử lý hiếm khí mới đạy kín để chuyểnsang giai đoạn kỵ khí sinh metan

Nạp nguyên liệu bổ sung hàng ngày

Trong thời gian 15 – 20 ngày sau khi nạp nguyên liệu ban đầu , nếu thiết bị hoạtđộng tốt thì năng suất khí sẽ rất cao Nên tranh thủ dùng hết khí ,nếu không khí sẽ

xì ra ngoài Trong thời gian này không nên nạp nguyên liệu bổ sung để giữ choquá trình lên men đạt trạng thái ổn định

Pha loãng và hòa trộn nguyên liệu

Dùng nước pha loãng nguyên liệu nạp sẽ làm cho quá trình phân hủy xảy rathuận lợi hơn

Đối với phân động vật, tỉ lệ pha loãng là 1-3 lit nước ứng với 1kg phân Khi phaloãng cần đánh cho phân tan đều ở bể nạp rồi hãy cho chẩy vào bể phân hủy Đối với thực vật tươi, tỷ lệ pha loãng vào khoảng 0,4 – 0,6lit nước cho 1kgnguyên liệu tươi Tỷ lệ pha loãng với rơm rạ là 7 -9 lít nước cho 1kg nguyên liệukhô

Khi nạp cần tránh không để cho các loại sau đây vào bể phân hủy :

- Đất, cỏt,sỏi,đỏ ,…vỡ chỳng sẽ gây lắng đọng

- Que, cành cõy,mẫu gỗ,…là các thứ khó phân hủy

- Dầu mỡ, xà phòng, thuốc tẩy ,…

Nạp nguyên liệu.

Sau khi nguyờn liệu đã được pha trộn thật kỹ, có thể nạp nguyên liệu vào qua cảlối vào lẫn lối ra Việc nạp nguyên liệu thực hiện càng nhanh càng tốt Khi nạpnếu nắp đã đậy kín thì cần mở hết các van để không khí trong thiết bị được đẩy rangoài, không tạo áp suất quá lớn làm nứt vỡ thiết bị

2.1.3 Ưu ,nhược điểm của loại hầm trên

+ Ưu điểm : Với loại hầm trờn gia đình có thể nuụi ớt lợn, song lúc nào cũng có

gas dùng, đáy hầm chữ V nên tạo cho hầm có thể tích chứa lớn hơn

+Nhược điểm : Loại hầm trên có nhược điểm là hầm có xu hướng co vào đáy vì

vậy dù hầm có diện tích rộng, nhưng thể tích hầm lại không lớn do vậy thể tíchchưa của hầm không lớn và lượng khí thu được ít Mặt khác bựn phõn dưới đỏykhú được đẩy lên bể thải, lượng bùn dưới đáy bể phân hủy càng nhiều thì sẽ giamthể tích của hầm

2.1.2 Hầm Biogas với thể tích 20m 3

Với loại hầm này gia đình có thể nuôi từ 20 -50 con lợn 50kg

Cách vận hành loại hầm này cũng giống như hầm trên, chỉ khác nhau về thể tích

bể phân hủy, hầm có thể tích lớn hơn và nhu cầu sử dụng khí của gia đình cầnnhiều hơn

+ Ưu ,nhược điểm :

 Ưu điểm : loại hầm này có ưu điểm so với hầm ở trên là đáy hầm và

chiều cao hầm tương đương với hầm trên nhưng thể tích lại lớn hơn dotường hầm phía dưới được xây thẳng đứng Vì vậy thể tích chứa của hầmlớn và thể tích chứa khí lớn sẽ cubg cấp lượng khí dồi dào

 Nhược điểm : bùn dưới đỏy khú được đẩy lên, nếu một thời gian sử

dụng bựn khụng đẩy bể thải được thì cần phải dùng thiết bị để hỳt bựnlờn hoặc phải lấy bỏ bùn ra để tiếp tục nạp nguyên liệu vào được

2.1.3 Hầm Biogas thể tích 25m 3

Với loại hầm này một nông hộ cần nuôi khoảng 30-35 con lợn 50kg sẽ cholượng khí để cung cấp đủ lượng phân nạp vào hàng ngày

Đây là loại hầm mà bể phân và bể thải có chung đáy, 2 bể thông nhau tại đáy bởimột cống cao 70cm, đây là nơi dịch phân phân hủy và bựn đó phân hủy được đấysang bể phân hủy rồi tháo ra ngoài

- Ưu ,nhược điểm của hầm :

+Ưu điểm : loại hầm có chung đỏy cú ưu điểm là có thể tự đẩy bùn và

chất thải sang bể thải, xây dựng các cột phỏ vỏng có thể tự tự phỏ vỏng khilớp váng trên cùng hạ xuống theoluwowngj dịch lỏng trng hầm đến dưới đầucột thì lớp váng sẽ bị đâm thủng và tạo không gian cho khớ thoỏt lờn

+Nhược điểm : do chung đỏy nờn nếu lượng khí sinh ra nhiều và gia

đình không dùng hết khí gas, do đó sẽ thừa khí và tạo một áp suất lớn nén chấtthải trong bể xuống làm phân bị đẩy qua cống rồi ra bể thả gõy lóng phí lượngphân chưa được phân hủy Do vậy với loại hầm này sẽ phù hợp với các hộ giađình chăn nuôi lớn và dùng nhiều khí gas trong sinh hoạt gia đình

2.2 Các mẫu hầm ủ được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay

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

2.2.1 Loại bán liên tục

Loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định

Loại này được cấu tạo gồm:

Bể kớn khớ xây dựng bằng vật liệu gạch đỏ,betong , đỉnh hầm và đỏy cúdạng bán cầu, được làm kín, không cho thấm thoát khí ra ngoài bằng cách trátmột số lớp vữa trên bề mặt phía trong của hầm Hầm này thường được cung cấpnguyên liệu theo kiểu bán liên tục mỗi ngày một lần, khí sinh ra tăng lên và đượctích lại ở phần vòm phía trên Áp suất khớ lờn vũm có thể đạt tới 1-1,5 m áp lựcnước các chất liệu cung cấp cho các loại hầm sinh khí này thường là các loạiphân, 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 tronghầm là 60 ngày ở nhiệt độ 250C.

Ưu điểm:

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

Hầm lọại này được phát triển mạnh ở Ấn Độ,nú cú một bể hình trụ, độcao hầm so với đường kính hầm có một tỉ lệ trong phạm vi 2,5-4,1 :1, được xâydựng bằng gạch,betong lưới thép Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là các loại phâncung cấp bỏn liờn tục,và được lấy bã thải ra làm phân bón qua một ống tháo vớilượng bằng lượng nguyên liệu đưa vào hâm Thời gian duy trì nguyên liệu tronghầm khoản 30 ngày đối với môi trường khí hậu ẩm và 50 ngày đối với vùng khíhậu lạnh Sử dụng phân chuồng với chất đặc, rắn 9 %, năng suất khí sản rachiếm 0,2-0.3 dung tích ứng với khối lượng nguyên liệu cho vào trong ngày mộtcách tương đối ổn định Áp lực khí tùy thuộc vào thùng chứa khớ trờn 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 thànhcao việc chống ăn mòn khó khăn do nắp phải di động

2.2.3 Hầm sinh khí kiểu túi.

Hầm kiểu này bao gồm một ống trụ bằng chất dẻo tổng hơp hoặc bằngmột túi chất dẻo mềm là phụ phẩm của các nhà máy sản xuất nhôm, kèm theotúi chất dẻo này lắp thờm cỏc ống nạp chất liệu vào túi và ống thỏo bó phân ra lắp một ống lấy khí từ túi ra ngoài ống nạp chất liệu được đặt sao cho áp lựctrong túi duy trì thấp hơn 40 cm áp lực nước khí sinh ta tập trung trong túi dướidạng dưới một màng chất dẻo co dãn tốt theo áp suất lớn hay nhỏ Một hầm sinhkhí kiểu túi với dung tích 50m3 và vân nậng 270 kg và dễ dàng bố trí vào trong

một rónh nụng Nguyên liệu được nạp vào trong túi theo kiểu bán liên tục vớimột 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 ở15-200C đến 30 ngày ở nhiệt độ 30-350C

Hầm kiểu tỳi cú thành tường đặc biệt mỏng nó có thể nhờ nhiệt mặt trờichiếu trực tiếp để tăng nhiệt sản lượng khí từ cỏc tỳi có thể đạt tới 0,23-0,61dung tích khí so với dung tích chất liệu nạp vào hàng ngày và nó tùy thuộc vàocác điều kiện địa phương, sự dồi dào có sẵn các nguyên liệu nạp Nếu như chấtdẻo hoặc màn PVC không kiếm được ta có thể là bằng betong với một màngtớch khớ mềm dẻo đặt mềm dẻo đặt ở trên đỉnh bê chứa betong

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

+ Nhược điểm

- Dễ bị hư hỏng và việc sửa chữa có khó khăn hơn ở vùng nông thôn hẻolánh Và thường bị thủng do bị chuột cắn hay là các vật sắc nhọn đâm phải

- Nhưng về mùa đông thì phải có biện pháp ủ kín chống rét nếu không thì

hệ thống sẽ hoạt động không hiệu quả do không có lớp cách nhiệt với môitrường

2.2.4 Hầm sinh khí kiểu nước ngoài

Loại hầm khí kiểu này ít gặp ở Việt Nam do yêu cầu kỹ thuật phức tạp,loại hầm kiểu này cú thờm hệ thống sinh nhiệt bộ phận này giúp cho hầm có thểđạt được năng suất phân hủy khí cao nhất và một nguyên nhân nữa mà khiếncho các loại này ít ở Việt Nam là chi phí xây dựng khá cao

2.2.5 Loại hầm biogas theo kiểu nạp nguyên liệu theo từng mẻ.

Loại này thường làm đối với các nới có nguồn nguyên liệu lớn, dồi dào vàthường tập trung hầm chủ yếu là loại hầm dựng tỳi ủ loại lớn và thường đào hầm

ủ nguyên liệu thường là rác thải của các nhà máy tinh bột, hay là các hợp tác xãdùng để xử lý một lượng lớn rác thải nụng nghiờp, nguyên liệu được nạp vàomột lần và đậy kín nắp lại, hầm sinh khí liên tục trong khoản vài tháng tùy thuộc

vào lượng nguyên liệu đưa vào, sau một thời gian nguyên liệu phân hủy hết thì

sẽ được thay mới bằng một lượng nguyên liệu mới loại này không thích hợpcho các hộ gia đình có quy mô nhỏ lẻ, chỉ dùng cho các khu vực có một nguồnnguyên liệu dồi dào Chi phí để lắp đặt cũng tương đối rẻ so với lợi nhuận mà nómang lại Thường là các hầm khụng xõy mà đào trên mặt đất cho nên loại nàyyêu cầu một diện tích khá lớn và phải xa khu dân cư để trỏnh cỏc vấn đề sảy rangoài ý muốn Nhưng ngược lại thì loại này lại có thể sử lý được một lượng rác

vô cùng to lớn và lượng khí hầm này sinh ra thì rất là mạnh

2.3 Các dạng mẫu hầm đang được sử dụng ở nông thôn nước ta hiện

- Hầm ủ lên men (hầm phản ứng ) là bộ phận chính của hệthống ,nơi chứa hỗn hợp và nước Tại đây xảy ra quá trình lên men tạo thànhbiogas Hầm phản ứng thường được xõy trũn ,đặt chìm dưới mặt đất Việc đặthầm có cốt sõu cú hai tác dụng :

 Tạo cho chất thải và nước có thể tự chảy theo hệ thống nạp vàohầm

 Giữ được nhiệt độ ổn định rong quá trình lên men tạo thànhbiogas

- Hệ thống thải chất liệu đã phân hủy gồm một hố thu cặn liên thông với hầm

chính bằng một cửa ở phớa đỏy Phía trên miệng hố thu có kết cấu cửa chảytràn chất liệu đã phân hủy Chất liệu đó hõn hủy có dạng huyền phù chảy theo

hệ thống mương dẫn đến bể chứa để đua đi bón cho cây trồng hoặc chế biếnthành phân hữu cơ khô

2.3.1.1 Hầm sản xuất biogas nắp nổi.

Bộ phận chứa khí 2 là một nắp có dạng thùng được úp trực tiếp vào dịch phânhủy (hình 2.3) hoặc vào một đai nước quanh miệng bể phân hủy (hình2.4) Khíđược tích lại càng nhiều thì nắp nổi càng cao Trọng lượng của nắp sẽ nén vào

5

1

2

H×nh 2.3 HÇm s¶n xuÊt biogas n¾p næi

1 BÓ ph©n hñy; 2 BÓ chøa khÝ; 3 BÓ n¹p nguyªn liÖu;

4 BÓ x¶; 5 Cöa lÊy khÝ ra.

khí tạo ra áp suất Khi lấy khí ra sử dụng nắp sẽ chìm dần xuốngKhi nạp nguyênliệu mới qua bể nạp 3 thì nguyên liệu đã phân hủy sẽ tràn ra qua lối thoát 4.

Hình 2.4 Thiết bị khí sinh hoc nắp nổi có gioăng nước

Nắp thường được chế tạo bằng sắt hay ximăng có lưới thép Yêu cầu củanắp là phải đảm bảo độ kín khít Ngoài ra trọng lượng của nắp sẽ tạo ra áp suấtkhí Tuy vậy, nếu chế tạo nắp bằng thép thì giá thành cao (30 – 40% giá côngtrình) và khó khăn khi tự sản xuất tại chỗ Nắp thép thường làm cho dịch phânhủy mất nhiệt về mùa đông nên năng suất giảm Loại có đai nước hạn chế đượcnhược điểm này, đồng thời khắc phục được nước mưa tràn vào bể phân hủykhiến dịch phân hủy tiếp xúc với không khí, không đảm bảo điều kiện kỵ khí.Tuy nhiên do xây thêm đai nước nên tăng chi phí chế tạo

2.3.2 Các mẫu hầm nhóm B – nắp cố định

4

5 2

3

1