Sự tạo thành khí sinh vật là một quá trình lên men phức tạp, xảy ra rất nhiều phản ứng cuối cùng tạo ra khí CH4 và CO2 và một số chất khác. Quá trình này được thực hiện theo nguyên tắc phân hủy kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí
Trang 1I- NGUYÊN LÝ QUI TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
Biogas là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí
Nó chiếm tỉ lệ như sau:
- CH4: 60-70%
- CO2: 30-40%
Phần còn lại là một lượng nhỏ khí N2, H2, CO, CO2, Trong hỗn hợp khí sinh vật ta thấy CH4 chiếm một số lượng lớn và là khí được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng khi đốt Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình sinh học và loại phân mà ta sử dụng
CƠ CHẾ TẠO KHÍ SINH VẬT TRONG HỆ THỐNG BIOGAS
Sự tạo thành khí sinh vật là một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều phản ứng, cuối cùng tạo ra khí CH4 và CO2 và một số chất khác Quá trình này được thực hiện theo nguyên tắc phân hủy kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí đã phân hủy từ những chất hữu cơ dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản, một lượng đáng kể chuyển thành khí và dạng chất hòa tan
Sự phân hủy kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian với sự tham giữa các chủng loại vi sinh vật đa dạng Đó là sự phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid amin, glycerin, acid béo, acid béo bay hơi, methylamin cùng các chất độc hại như: Tomain (Độc tố thịt thối), sản phẩm bốc mùi như: Indol, Scatol Và cuối cùng là liên kết cao phân tử mà nó không phân hủy được dễ dàng bởi vi khuẩn yếm khí như lignin, cellulose
Tiến trình tổng quát như sau:
(C6H10 O5)n + n H2O VSV 3nCO2 + 3n CH4 + 4.5cal
T o = 35 o C
pH = 7
Trang 2Một phần CO2 đã bị giữ lại trong một số sản phẩm quá trình lên men như những ion K+
, Ca++, NH3+, Na+ Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 - 70% CH4 và khoảng 30 - 40% CO2
Những chất hữu cơ liên kết phân tử thấp như: đường, protêin, tinh bột và ngay cả cellulose có thể phân hủy nhanh tạo ra acid hữu cơ Các acid hữu cơ này tích tụ nhanh sẽ gây giảm sự phân hủy Ngược lại lignin, cellulose được phân hủy từ từ nên gas được sinh ra một cách liên tục Tóm lại, quá trình tạo khí methane có thể diễn ra theo hai con đường và mỗi con đường gồm hai giai đoạn như sau:
1 Con đường thứ nhất
a Giai đoạn 1
- Sự acid hóa cellulose:
(C6H10O5)n + H2O → 3nCH3COOH
- Sự tạo muối:
Các bazơ hiện diện trong môi trường (đặc biệt là NH4OH) sẽ kết hợp với acid hữu cơ
CH3COOH + NH4OH → CH3COONH4 + H2O
b Giai đoạn 2
- Lên men methane do sự thủy phân của muối hữu cơ
CH3COONH4 + H2O ⇔ CH4 + CO2 + NH4OH
2 Con đường thứ hai
a Giai đoạn 1
- Sự acid hóa
(C6H10O5)n + nH2O → 3nCH3COOH
Trang 3- Thủy phân acid tạo CO2 và H2
CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 4H2
b Giai đoạn 2
Methane được tổng hợp từ một số trực khuẩn khi sử dụng CO2 và H2
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Như vậy cả hai con đường năng suất tạo khí methane phụ thuộc vào quá trình acid hóa Nếu quá trình lên men quá nhanh hoặc dịch phân có nhiều chất liên kết phân tử thấp sẽ dễ dàng bị thủy phân nhanh chóng đưa đến tình trạng acid hóa và ngưng trệ quá trình lên men methane
Mặt khác vi sinh vật tham gia trong giai đoạn một của quá trình phân hủy
kỵ khí đều thuộc nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose Nhóm vi khuẩn này hầu hết có các enzyne cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau Hầu hết là các trực trùng có bào tử (Spore) Theo A.R Prevot chúng có mặt trong các họ:
+ Clostridium
+ Plectridium
+ Caduceus
+ Endosponus
+ Terminosponus
Chúng biến dưỡng ở điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như formate, acetate, alcohol, methylique, methylamine Trừ
CO2, những chất còn lại đều có khả năng cho electron và dùng để dinh dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh methane riêng nhóm vi khuẩn yếm khí methane rất chuyên biệt Tất cả các vi khuẩn này có hai coenzyne đặc thù:
• Coenzyme M (2 mercaptoethan – sulfonic – acid)
Trang 4Hai coenzyme này đều là reductase, nghĩa là chúng tải electron từ những chất cho electron đến một chất khác để khử hòa chất đó Điều đặc biệt là cho tới nay người ta chỉ tìm thấy hai coenzyme này có ở nhóm vi khuẩn sinh khí methane mà không thấy ở nhóm khác
Tóm lại, các vi sinh vật sinh methane theo nhiều cơ chế phản ứng khác nhau như sau:
• 8 H2 + 2 HCO3- + 2 H+ ⇔ 2 CH4 + 6 H2O
• CH3CH2OH + CO2 ⇔ CH3COO- + H+ + CH4
• CH3 – CHOH – COO- + H2O → 2 CH3COO- + CH4 + HCO3-
• 4 CH3CH2OH + 3 H2O ⇔ 4 CH3COO- + H+ + 3 CH4 + HCO3-
• CH3CH2 CH2 COO- + 2 H2O + HCO3- ⇔ 4 CH3COO- + H+ + CH4
• CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3-
• 4 HCOOH + H2O → CH4 + 3 HCO3- + 3 H+
• Methanol
4 CH3OH → 3 CH4 + HCO3- + H2O + H+
• Methylamine thủy phân tạo methane
4 CH3NH3+ + 3 H2O → 3 CH4 + HCO3- + 4 NH4+ + H+
2 (CH3)2NH2+ + 3 H2O → 3 CH4 + HCO3- + 2 NH4+ + H+
4 (CH3)3NH+ + 9 H2O → 9 CH4 + 3 HCO3- + 6 NH4+ + 3 H+
Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí được tóm tắt qua sơ đồ sau:
Trang 5Sơ đồ: Quá trình lên men của các chất hữu cơ do các vi sinh vật yếm khí (Large,1983)
Amino acid Methanol Monosacharide Glycerol Fatty acid
NH3
Ghi chú:
Hydrolytic và tiến trình lên men ( ) Tiến trình Acetogenic ( ) Tiến trình Methanogenic ( )
II- TÍNH TOÁN QUY MÔ
Carbohydrate
Cellulose Starch, sugar
Formate
CO2
H2
Acetate
Butyrate Ethanol Lactate Succinate Propionate
CH4
Trang 6TÍNH TOÁN SỐ LƯỢNG GIA SÚC GIA
Đường kính của túi (m) (ID) 0.64 0.64 0.64
Thể tích thực của túi biogas (m3) 10 10 10 Thể tích thực của túi biogas (lit) 10000 10000 10000 Thể tích dịch phân đưa vào túi biogas (lit) 7500 7500 7500
Lượng phân tươi/con/ngày (kg <=> lit) 25 2.00 0.08 Lượng nước tắm/con/ngày (l) 100 30.00 0
Giả thiết Tính toán
Lượng phân thải ra 1 con/ngày (kg) 25 2 0.08
Tỉ lệ vật chất khô ở phân bò 18% 25% 40%
Tỉ lệ vật chất khô ở phân đưa vào xử lý 4% 4% 4%
Hiệu suất xử lý của túi biogas 75% 75% 75%
Thể tích dịch phân đưa vào túi biogas (lit) 4500 2500 3200
Trang 7III- THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Áp dụng mô hình biogas bằng túi plastic cho hộ gia đình
Mô hình gồm có:
- Hố lắng cát, hố chứa phân, hố chứa nước thải ra xây bằng xi-măng
- Túi chứa phân và túi trữ gas bằng plastic
- Van an toàn và ống dẫn gas
1- Hố lắng cát
- Cách chuồng nuôi 0.5m
- Kích thước: dài 0.5m, rộng 0.5m, sâu 0.5m
2- Hố chứa phân
- Đặt tiếp nối với hố lắng, ở vị trí bảo vệ được túi ủ, tránh dòng nước chảy
- Kích thước: với túi có đường kính 0.64m thì hố có chiều rộng 0.9m, sâu 0.9m
- Chiều dài tuỳ thuộc vào số lượng gia súc
20 heo: dài 10.5m
4 bò: 19m
400 gà: 13.5m
3- Túi chứa phân
4- Thiết kế đầu vào, đầu ra
- Dùng 2 ống sành đường kính 15cm
- Cột 2 đầu túi vào ống bằng ruột xe honda và dây kẽm
- Đặt vào hố với độ nghiêng vừa phải sao cho đầu dưới ống cách đáy hố
40 – 50cm, đầu vào cao hơn đầu ra 10cm
Trang 85- Túi dự trữ
- Túi 2 lớp nylon 5 – 7m
- Đặt ở nơi mát, tránh ánh nắng, tránh bị vật nhọn đâm thủng
III- TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM
Hiện nay mô hình xử lý phân gia súc, gia cầm bằng hệ thống biogas đang ngày càng phổ biến ở Việt Nam
Đối với các cơ sở chăn nuôi lớn, hệ thống biogas được xây dựng với quy mô lớn, trình độ kỹ thuật cao, điều kiện giám sát chặt chẽ Các hệ thống này đem lại tác dụng rất lớn trong việc xử lý lượng phân và nước thải khổng lồ thải ra hằng ngày, loại bỏ được nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, lây lan dịch bệnh cho cộng đồng và sản xuất gas cho các hệ thống phát điện nội bộ Ngoài ra, khi xây dựng hệ thống biogas, người ta thường kết hợp với dây chuyền sản xuất phân hữu cơ, đem lại thêm một nguồn lợi kinh tế đáng kể
Đối với qui mô chăn nuôi hộ gia đình, mô hình xử lý biogas bằng túi ủ plastic đang được phát triển rộng rãi do đặc điểm giá rẻ, dễ lắp đặt và phù hợp với mô hình nông trại kết hợp (VACB) Các mô hình nhỏ này giúp các hộ nông dân xử lý được phân và chất thải gia súc, tránh ô nhiễm môi trường, nhất là ở các khu vực có các hộ chăn nuôi tập trung cao ở miền Bắc, cung cấp gas làm giảm chi phí sinh hoạt cho gia đình và nước thải ra sau khi xử lý đem bón cho cây trồng rất tốt
Các khu vực đang được tập trung nhân rộng mô hình biogas hiện nay: ở miền Bắc tập trung ở tỉnh Hà Tây (huyện Đan Phượng, Quốc Oai theo dự án SGP/VN/98/003), ở miền Nam tập trung ở lân cận Tp.HCM và ở Tây Nam Bộ thì tập trung ở Cần Thơ
Trang 9GIỚI THIỆU VỀ TÀI LIỆU
Tài liệu bạn đang xem được download từ website
WWW.AGRIVIET.COM WWW.MAUTHOIGIAN.ORG
»Agriviet.com là website chuyên đề về nơng nghiệp nơi liên kết mọi thành viên hoạt động trong lĩnh vực nơng nghiệp, chúng tơi thường xuyên tổng hợp tài liệu về tất cả các lĩnh vực cĩ liên quan đến nơng nghiệp để chia sẽ cùng tất cả mọi người Nếu tài liệu bạn cần khơng tìm thấy trong website xin vui lịng gửi yêu cầu về ban biên tập website để chúng tơi cố gắng bổ sung trong thời gian sớm nhất
»Chúng tơi xin chân thành cám ơn các bạn thành viên đã gửi tài liệu về cho chúng tơi Thay lời cám ơn đến tác giả bằng cách chia sẽ lại những tài liệu mà bạn đang cĩ cùng mọi người Bạn cĩ thể trực tiếp gửi tài liệu của bạn lên website hoặc gửi về cho chúng tơi
theo địa chỉ email Webmaster@Agriviet.Com
Lưu ý: Mọi tài liệu, hình ảnh bạn download từ website đều thuộc bản quyền của tác giả,
do đĩ chúng tơi khơng chịu trách nhiệm về bất kỳ khía cạnh nào cĩ liên quan đến nội dung của tập tài liệu này Xin vui lịng ghi rỏ nguồn gốc “Agriviet.Com” nếu bạn phát hành lại thơng tin từ website để tránh những rắc rối về sau
Một số tài liệu do thành viên gửi về cho chúng tơi khơng ghi rỏ nguồn gốc tác giả, một số tài liệu cĩ thể cĩ nội dung khơng chính xác so với bản tài liệu gốc, vì vậy nếu bạn
là tác giả của tập tài liệu này hãy liên hệ ngay với chúng tơi nếu cĩ một trong các yêu cầu sau :
• Xĩa bỏ tất cả tài liệu của bạn tại website Agriviet.com
• Thêm thơng tin về tác giả vào tài liệu
• Cập nhật mới nội dung tài liệu
