Bài thi liên môn: Xử lý chất thải trong chăn nuôi lợn bằng công nghệ hầm bioga

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT NHƯ THANH BÀI DỰ THI VÂN DUNG KIÊN THƯC LIÊN MÔN ĐÊ GIAI QUYÊT TINH HUÔNG THƯC TIÊN Trường THPT Như Thanh Địa chỉ: Thanh Tân – Như Thanh – Thanh Hóa Điện thoại: 0373557012 Email: thpt.nhuthanh2@thanhhoa.edu.vn Họ tên: Đào Thị Liên Ngày sinh: 30/10/1999 Lớp:12C6 Họ tên: Lương Văn Tỉnh Ngày sinh: 18/04/1999 Lớp:12C6 Như Thanh, tháng 12 năm 2016 Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh 1 Tên tình “Xử lí chất thải chăn nuôi lợn hầm Bioga” Mục tiêu giải tình Đưa biện pháp xử lí chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình hầm Bioga nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường, tận dụng chất thải chăn nuôi lợn để tạo khí sinh học phục phụ cho nhu cầu sinh hoạt người đun nấu, thắp sáng,… đem lại hiệu kinh tế cao 3.Tổng quan nghiên cứu liên quan đến việc giải tình Để nghiên cứu tình chúng em sử dụng kiến thức môn học sau: 3.1Về hóa sinh Các chất thải từ chăn nuôi lợn bao gồm phân, nước tiểu, thức ăn dư thừa, nước tắm tẩy rửa chuồng trại đưa vào hầm Bioga hầm xảy trình sinh hóa để tạo khí Bioga gồm hỗn hợp khí: CH4: 60 – 70%; CO2: 30 – 40%, phần lại lượng nhỏ khí: N 2, H2, CO, CO2… Trong đó CH4 chiếm lượng lớn khí chủ yếu tạo lượng khí đốt Phương trình phản ứng sinh hóa điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản sau: Quá trình các phản ứng vi sinh hóa xảy quá trình sản xuất Biogas chia làm giai đoạn: Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh 2 CH 3CH 2OH ( ethanol ) + H 2O → CH 3COO − + H + + H CH 3CH 2OH ( ethanol ) + H 2O → CH 3COO − + H + + H CH 3CH 2COO − ( propionic ) + 3H 2O → CH 3COO − + HCO3− + H + + 3H CH ( CH ) COO − ( butyric ) + H 2O → 2CH 3COO − + H + + H    Giai đoạn này, nhờ vi khuẩn Axetat hóa phân giải sản phẩm giai đoạn trước tạo nhiều sản phẩm H2 nó vi khuẩn metan sử dụng với CO để hình thành metan (CH4), bắt đầu giai đoạn phân hủy Lúc chất bã hữu phân hủy mủn thành phần tử nhỏ, lơ lửng dịch thải pH môi trường dịch bể phân hủy chuyển sang kiềm tối ưu khoảng 6,8 – 7,8 Sơ đồ trình vi sinh hóa lên men metan Giai đoạn 4: hình thành khí metan Đây giai đoạn cuối trình phân giải kỵ khí tạo thành hỗn hợp sản phẩm, đó khí metan chiếm thành phần lớn Quá trình hình thành khí metan đồng thời, đường: 1- Nhờ vi khuẩn hydrogenotrophic methanogen sử dụng chất hydro CO2: CO2 + H → CH + H 2O 2- Nhờ vi khuẩn acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành metan CO2 Khoảng 70% lượng metan sinh đường CH 3COOH → CO2 + CH 4CO + H 2O → CH + 3CO2 3- Nhờ vi khuẩn methylotrophic methanogen phân giải chất chứa nhóm metyl: CH 3OH + H → CH + H 2O ( CH ) − N + H 2O → 9CH + 3CO2 + NH Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh Một số loại vi khuẩn sinh khí Mêtan 3.2 Về vật lí Nguyên liệu nạp vào bể phân giải qua cửa nạp nguyên liệu Lúc áp suất khí bể phân giải (P=0) Khí sinh tích tụ ngăn chứa sinh áp suất đẩy dịch phân giải dâng lên theo cửa nạp nguyên liệu cửa xả Độ chênh hai bề mặt dịch phân giải cửa nạp nguyên liệu/cửa xả ngăn chứa khí tạo nên áp suất bể đẩy khí sinh vào ống thu khí đường ống dẫn khí đến nơi sử Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh dụng Khí sử dụng để đun nấu, thắp sáng, bình nước tắm nóng lạnh tự động, máy phát điện… Từ 10kg phân lợn trở lên hàng ngày có thể sản xuất 400 – 500 lít khí, đủ để cung cấp nhiên liệu cho gia đình 04 người sử dụng, chiếu sáng có thể đạt độ sáng tương đương đèn sợi tóc 60W 3.3 Về toán học Thống kê thành phần, tính chất nước thải chăn nuôi lợn Thống kê loại khí hầm Bioga, tính toán lượng khí metan thu trang trại nuôi lợn hộ gia đình Bảng thống kê tính chất nước thải chăn nuôi lợn Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh Thành phần loại khí hầm Bioga Tính toán lượng chất thải hàng ngày để thiết kế hầm Bioga Theo nghiên cứu lợn thịt nặng khoảng 70kg thải khoản 3,5kg phân ngày 1kg phân lợn cho trung bình 40 – 60 lít khí Do đó, trung bình ngày lợn thịt 70kg cho khoảng 175 lít khí Để lựa chọn kính cỡ, loại hầm Bioga cần xây ta cần tính toán cụ thể lượng phân thải hàng ngày lợn tỉ lệ pha loãng nước 3.4 Về kỹ thuật công nghệ Thiết kế hầm Bioga: Hiện có nhiều kiểu thiết kế hầm Bioga Nhưng phổ biến hai loại là: KT1 viện lượng quốc gia KT2 Đại học Cần Thơ Cả hai có ưu nhược điểm, nhiên kiểu KT1 xây dựng khó đòi hỏi thợ xây kĩ thuật cao kiểu KT2 xây dựng dễ nó phù hợp với thợ xây thợ xây kĩ thuật bình thường Do đó kiểu NT2 phổ biến vùng nông thôn Ta xét ví dụ cụ thể sau: Một hộ gia đình Như Thanh – Thanh Hóa thường xuyên nuôi 12 lợn thịt Trọng lượng xuất chuồng trung bình 70kg/con Tỷ lệ pha loãng 2:1 Biết lượng chất thải lợn theo % khối lượng thể 5% Ta có: Lượng chất thải nạp hàng ngày (phân + nước tiểu): 70 × 5% × 12 = 42kg/ngày Với khối lượng chất thải chọn kiểu hầm Bioga dạng bán cầu(KT2) ta chọn tổng thể tích hầm cỡ 8,2m3 tương ứng với lượng chất thải nạp hàng ngày 50kg/ngày (> 42kg/ngày) tỷ lệ pha loãng 2:1 Bản vẽ các kích thước hầm Bioga kiểu KT Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh Với tổng thể tích 8,2m3 tỉ lệ pha loãng 2:1 ta có số phải xây dựng : Sản phẩm phụ khí Bioga: Sản phẩm phụ khí Bioga sau thải bể phụ mang bón giúp: Bảo vệ đất khỏi bạc màu, xói mòn Phụ phẩm giàu dinh dưỡng, đặc biệt đạm dạng a-môn (NH 4+), vi-ta-min có tác dụng cải tạo đất, chống bạc màu, tăng hàm lượng mùn tốt cho loại trồng, làm phân bón cho ao cá Ức chế số vi khuẩn gây bệnh khô vằn lúa, bệnh đốm nâu lúa mì, bệnh thối mềm củ khoai lang Với lúa nước: bón phân hạn chế rõ rệt sâu đục thân, bọ rầy xanh, bọ rầy nâu, sâu lá, bệnh khô vằn, bệnh đốm nâu, bệnh đốm than Giải pháp giải tình - Tham khảo cách thiết kế hầm Bioga tài liệu khí sinh học, mạng - Đọc tìm hiểu kiến thức khí sinh học, khí Bioga - Tìm hiểu thực trạng chăn nuôi lợn địa phương chúng em - Vận dụng kiến thức liên môn học như: Toán, Lý, Hóa, Sinh, Kỹ thuật để giải tình Thuyết minh tiến trình giải tình Chăn nuôi lợn nghề chăn nuôi chủ lực phổ biến nước ta Nó đem lại hiệu kinh tế cao Chuồng lợn nguồn tài chủ yếu nhiều gia đình nông thôn Việt Nam Tuy nhiên, vấn đề đảm bảo vệ sinh môi trường trang trại, chồng chăn nuôi lợn hộ gia đình chưa coi trọng, chất thải Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh chăn nuôi lợn thải môi trường chưa qua xử lý Đo đó, nhiều khu vực dân cư xung quanh trang trại bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến Chất thải từ trang trại lợn chưa qua xử lý gây ô nhiễm môi trường sức khỏe cộng đồng dân cư ảnh hưởng đến hệ sinh thái tự nhiên Vì vậy, cần phải xử lý chất thải nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường vô cấp bách cần thiết Xây dựng hầm Bioga để xử lý chất thải chăn nuôi lợn giải pháp hợp lý hộ gia đình chăn nuôi quy mô vừa phải, nó phù hợp với điều kiện nông thôn đồng thời đem lại lợi ích lớn môi trường kinh tế Việc xây dựng phải trải qua bước sau: Bước Chọn kích cỡ, kiểu công trình hầm Bioga: Để chọn kích cỡ kiểu hầm Bioga cần tính toán tổng lượng phân thải hàng ngày lợn, tỉ lệ pha loãng Trường hợp cụ thể tính toán, thiết kế mục 3.4, trường hợp ta chọn loại hầm KT2 với tổng thể tích hầm 8,2m3 Bước Lựa chọn địa điểm xây dựng: Việc lựa chọn địa điểm phải đảm bảo đủ diện tích mặt để xây dựng thiết bị kích thước dự kiến Tiết kiệm diện tích mặt bằng, tránh ảnh hưởng đến công trình khác Cách xa nơi đất trũng để tránh bị nước ngập, xa hồ, ao để tránh nước ngầm, thuận tiện thi công giữ cho công trình bền vững lâu dài Gần nơi sử dụng khí, nơi có nhiều nắng, kín gió để giữ nhiệt độ cao, tạo điều kiện thuận lợi cho trình sinh khí Cách xa giếng nước từ 10 m trở lên để phòng ngừa nước giếng bị nhiễmbẩn Bước Chuẩn bị vật liệu: Để đảm bảo chất lượng công trình, cần lựa chọn vật liệu đảm bảo yêu cầu sau: Gạch: Cần chọn gạch tốt, mác từ 75 trở lên Gạch nung chín có kích thước đặn Không sử dụng gạch phồng, gạch non, gạch nứt, méo mó Bề mặt gạch phải sạch, không có đất cát rêu bám bẩn Cát: Cát vàng dùng trộn vữa xây đường kính không mm Cát mịn (thường gọi cát đen) dùng cho vữa trát Cát phải sạch, hàm lượng tạp chất không vượt 5% Cát bẩn phải sàng rửa trước sử dụng Xi măng: Đảm bảo xi măng mới, đạt mác xuất xưởng Không sử dụng xi măng vón cục, hạ mác Sỏi, đá dăm: Sỏi, đá dăm cốt liệu dùng đổ bê tông Đá dăm dính kết với xi măng tốt sỏi Yêu cầu chung bề mặt phải sạch, không dính đất Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh chất hữu cơ, cỡ đá sử dụng cỡ 1x2 cm Thép: Thép phi mới, chưa bị gỉ Bước Thi công xây dựng Lấy dấu xác định mặt bằng: Sau xác định địa điểm xong ta đánh dấu tâm bể phân giải, bể nạp, bể điều áp Sau đó tiến hành lấy mặt Thông thường mặt thường lấy mặt chuồng lợn Đào đất: Chú ý vùng đất xung quang, mạch nước ngần để chống sụt lún Bán kính hố đào phải rộng bán kính bể khoảng 25cm đến 50cm Xây đáy bể phân giải: Đáy bể làm bê có thể xây gạch tùy theo địa hình Tuỳ theo kích cỡ bể, chiều dày đáy bể qui định cụ thể thiết kế Xây đáy thành bể phân giải Xây thành bể phân giải: Yêu cầu phải cẩn thận, xác Trong trình xây xác định tâm bán kinh bể Đặt ống lối vào ống lối ra: Khi xây tường bể phân giải tới độ cao chỗ nối ống cần đặt ống vào vị trí thiết kế Thông thường chỗ nối hay bị rò rỉ nên thi công cần phải cẩn thận để không tốn công xử lý sau Cần chống giữ để cố định ống cho chắc, không bị lay động, dùng vữa chèn kỹ, nhét Đặt ống xây miệng bể phân giải Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh Xây miệng bể phân giải: Nên xây làm bước: bước đầu sau xây xong vòm tiếp tục xây phần chân cổ, tức tới bậc đỡ nắp Sau đó trát bể phân giải hết đoạn Phần lại xây tiếp sau Làm để việc lên xuống thi công phía bể thuận lợi có đủ ánh sáng Xây bể điều áp bể nạp: Sau nối xong ống lối với bể phân giải xây tới phần vòm chứa khí, có thể tiến hành xây bể điều áp Việc xây bể điều áp dạng vòm cầu tiến hành tương tự với bể phân giải KT.2 Cần ý đảm bảo cốt đáy cốt tràn thiết kế Trát quét lớp chống thấm: Công việc trát giữ vai trò định đảm bảo cho công trình kín nước kín khí Nhiệm vụ thực chủ yếu lớp vữa mặt công trình Do vậy, cần phải trát phần kỹ thuật cẩn thận Lớp chống thấm khí quét phần chứa khí bể phân giải (là phần vòm từ ống lối trở lên): Dùng hồ xi măng có pha phụ gia chống thấm khí theo tỷ lệ 0,5 - 0,7% (một lạng phụ gia pha với 10 - 12kg xi măng quét lên lớp trát vài lớp Đợi cho lớp khô quét lớp Trát quét lớp chống thấm Đổ nắp đậy: Nắp đậy bể phân giải nên tiến hành đổ sớm từ khởi công xây dựng Nắp dày nên không cần cốt thép, bê tông cát vàng theo tỷ lệ xi măng/cát/cốt liệu 1/3/5 Mặt cạnh bên cần trát lớp vữa đánh màu thật nhẵn Sau đó quét lớp chống thấm với bể phân giải Lấp đất: Khi tường đủ cứng, không có nước ngầm có thể lấp đất dần để giữ cho phần xây vững, không cần đợi xây xong lấp Nếu có cát xỉ đổ lấp xung quanh tốt nhất, phần chân bể phân giải Bước Thử kín nước kín khí: Sau xây dựng xong cần tiến hành kiểm tra kỹ độ kín nước kín khí toàn công trình bao gồm phần thiết bị sản xuất đường ống dẫn khí Nếu không kiểm tra, vội nạp nguyên liệu nên đưa công trình vào làm việc thấy nhiều trục trặc Do đó lại lấy nguyên liệu để xử lý, gây lãng phí nhân công nguyên liệu nạp Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh 10 Bước Lắp đặt ống dẫn khí: Sau hoàn thành bước ta tiến hành lắp đặt đường ống dẫn khí, linh phụ kiện liên quan đến vận hành, sử dụng khí Bioga Việc lắp đặt tùy theo hộ gia đình, đường ống dẫn khí dẫn khí Bioga đến thiết bị sử dụng như: Bóng điện, bếp nấu, máy phát điện, khí Ống thép mạ ống nhựa cứng nhựa dẻo, ống cao su có thể sử dụng để dẫn khí Nói chung, dùng ống nhựa cứng cho đường ống nối từ bể phân giải tới dụng cụ, phụ kiện tốt không bị rỉ, đường ống không bị võng lắp đặt so với ống nhựa dẻo Ống nên dùng ống có đường kính ф21mm Dẫn khí từ ống vào dụng cụ, phụ kiện nên dùng ống mềm thành ống dày, đường kính khoảng ф 8-10mm Một số linh kiện thiết bị để lắp đường ống dẫn khí Lắp ống dẫn khí Khí Bioga dùng để thắp sáng đun nấu Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh 11 Như Thanh, ngày 16 tháng 12 năm 2016 NHÓM TÁC GIẢ Đào Thị Liên Lương Văn Tỉnh Đào Thị Liên, Lương Văn Tỉnh, Lớp 12C6 –Ttrường THPT Như Thanh 12 ... tình Xử lí chất thải chăn nuôi lợn hầm Bioga Mục tiêu giải tình Đưa biện pháp xử lí chất thải chăn nuôi lợn quy mô hộ gia đình hầm Bioga nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường, tận dụng chất thải chăn. .. phần, tính chất nước thải chăn nuôi lợn Thống kê loại khí hầm Bioga, tính toán lượng khí metan thu trang trại nuôi lợn hộ gia đình Bảng thống kê tính chất nước thải chăn nuôi lợn Đào Thị Liên, Lương... nhằm đảm bảo vệ sinh môi trường vô cấp bách cần thi t Xây dựng hầm Bioga để xử lý chất thải chăn nuôi lợn giải pháp hợp lý hộ gia đình chăn nuôi quy mô vừa phải, nó phù hợp với điều kiện nông