Nguyên lý quy trình sản xuất 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

Download» AGRIVIET.COM 1 I- 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: - CH 4 : 60-70%. - CO 2 : 30-40%. Phần còn lại là một lượng nhỏ khí N 2, H 2 , CO, CO 2, . Trong hỗn hợp khí sinh vật ta thấy CH 4 chiếm một số lượng lớn và là khí được sử dụng chủ yếu để tạo ra năng lượng khi đốt. Lượng CH 4 chòu 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 CH 4 và CO 2 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 thòt 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: (C 6 H 10 O 5 )n + n H 2 O VSV 3nCO 2 + 3n CH 4 + 4.5cal T o = 35 o C pH = 7 Download» AGRIVIET.COM 2 Một phần CO 2 đã bò giữ lại trong một số sản phẩm quá trình lên men như những ion K + , Ca ++ , NH 3 + , Na + . Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 - 70% CH 4 và khoảng 30 - 40% CO 2 . 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 : (C 6 H 10 O 5 )n + H 2 O → 3nCH 3 COOH - Sự tạo muối : Các bazơ hiện diện trong môi trường (đặc biệt là NH 4 OH) sẽ kết hợp với acid hữu cơ CH 3 COOH + NH 4 OH → CH 3 COONH 4 + H 2 O b. Giai đoạn 2 - Lên men methane do sự thủy phân của muối hữu cơ. CH 3 COONH 4 + H 2 O ⇔ CH 4 + CO 2 + NH 4 OH 2. Con đường thứ hai a. Giai đoạn 1 - Sự acid hóa (C 6 H 10 O 5 )n + nH 2 O → 3nCH 3 COOH Download» AGRIVIET.COM 3 - Thủy phân acid tạo CO 2 và H 2 CH 3 COOH + 2H 2 O → 2CO 2 + 4H 2 b. Giai đoạn 2 Methane được tổng hợp từ một số trực khuẩn khi sử dụng CO 2 và H 2 . CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O 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 dòch phân có nhiều chất liên kết phân tử thấp sẽ dễ dàng bò 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: CO 2 , H 2 và một số chất tan trong nước như formate, acetate, alcohol, methylique, methylamine. Trừ CO 2 , 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) • Coenzyme F 420 (Một loại flavin mononucleotide) Download» AGRIVIET.COM 4 Hai coenzyme này đều là reductase, nghóa 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 H 2 + 2 HCO 3 - + 2 H + ⇔ 2 CH 4 + 6 H 2 O • CH 3 CH 2 OH + CO 2 ⇔ CH 3 COO - + H + + CH 4 • CH 3 – CHOH – COO - + H 2 O → 2 CH 3 COO - + CH 4 + HCO 3 - • 4 CH 3 CH 2 OH + 3 H 2 O ⇔ 4 CH 3 COO - + H + + 3 CH 4 + HCO 3 - • CH 3 CH 2 CH 2 COO - + 2 H 2 O + HCO 3 - ⇔ 4 CH 3 COO - + H + + CH 4 • CH 3 COO - + H 2 O → CH 4 + HCO 3 - • 4 HCOOH + H 2 O → CH 4 + 3 HCO 3 - + 3 H + • Methanol 4 CH 3 OH → 3 CH 4 + HCO 3 - + H 2 O + H + • Methylamine thủy phân tạo methane 4 CH 3 NH 3 + + 3 H 2 O → 3 CH 4 + HCO 3 - + 4 NH 4 + + H + 2 (CH 3 ) 2 NH 2 + + 3 H 2 O → 3 CH 4 + HCO 3 - + 2 NH 4 + + H + 4 (CH 3 ) 3 NH + + 9 H 2 O → 9 CH 4 + 3 HCO 3 - + 6 NH 4 + + 3 H + Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí được tóm tắt qua sơ đồ sau: Download» AGRIVIET.COM 5 Sơ đồ: Quá trình lên men của các chất hữu cơ do các vi sinh vật yếm khí (Large,1983) Protein Lipid Amino acid Methanol Monosacharide Glycerol Fatty acid NH 3 Ghi chú:  Hydrolytic và tiến trình lên men ( )  Tiến trình Acetogenic ( )  Tiến trình Methanogenic ( ) II- TÍNH TOÁN QUY MÔ Carbohydrate Cellulose Starch, sugar (lll) Formate CO 2 H 2 Acetate Butyrate Ethanol Lactate Succinate Pr opionate CH 4 Download» AGRIVIET.COM 6 TÍNH TOÁN SỐ LƯNG GIA SÚC GIA CẦM Chiều rộng của túi (m) 1 1 1 Chu vi của túi (m) 2 2 2 Đường kính của túi (m) (ID) 0.64 0.64 0.64 Thời gian lưu ( ngày) 20 20 20 Thể tích thực của túi biogas (m3) 10 10 10 Thể tích thực của túi biogas (lit) 10000 10000 10000 Thể tích dòch phân đưa vào túi biogas (lit) 7500 7500 7500 Lượng dòch phân để xử lý mỗi ngày(lit) 375 375 375 Lượng phân tươi/con/ngày (kg <=> lit) 25 2.00 0.08 Lượng nước tắm/con/ngày (l) 100 30.00 0 Lượng dịch phân/con/ngày (l) 125 32 0.08 Tổng số heo (con) 3 11.71875 4687.5 3 12 4688 Giả thiết Tính toán TÍNH TOÁN MÔ HÌNH TÚI BIOGAS BÒ HEO GÀ Tổng số bò (con) 4 20 400 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% Thời gian lưu (ngày) 10 10 10 Hiệu suất xử lý của túi biogas 75% 75% 75% Lượng phân tươi mỗi ngày (kg) 100 40 32 Vật chất khô của phân 18 10 12.8 Lượng dòch phân để xử lý mỗi ngày(lit) 450 250 320 Thể tích dòch phân đưa vào túi biogas (lit) 4500 2500 3200 Thể tích thực của túi biogas (lit) 6000 3333 4267 Thể tích thực của túi biogas (m3) 6 3 4 Chiều rộng của túi (m) 1 1 1 Chu vi của túi (m) 2 2 2 Đường kính của túi (m) (ID) 0.64 0.64 0.64 Chiều dài túi (m) 18.85 10.47 13.40 Download» AGRIVIET.COM 7 III- 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 vò 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. Download» AGRIVIET.COM 8 5- Túi dự trữ - Túi 2 lớp nylon 5 – 7m. - Đặt ở nơi mát, tránh ánh nắng, tránh bò 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 dòch 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. Download» AGRIVIET.COM 9 GIÔÙI THIEÄU VEÀ TAØI LIEÄU Tài liệu bạn đang xem được download từ website WWW.AGRIVIET.COM WWW.MAUTHOIGIAN.ORG »Agriviet.com là website chuyên đề về nông nghiệp nơi liên kết mọi thành viên hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp, chúng tôi thường xuyên tổng hợp tài liệu về tất cả các lĩnh vực có liên quan đến nông nghiệp để chia sẽ cùng tất cả mọi người. Nếu tài liệu bạn cần không tìm thấy trong website xin vui lòng gửi yêu cầu về ban biên tập website để chúng tôi cố gắng bổ sung trong thời gian sớm nhất. »Chúng tôi xin chân thành cám ơn các bạn thành viên đã g ửi tài liệu về cho chúng tôi. Thay lời cám ơn đến tác giả bằng cách chia sẽ lại những tài liệu mà bạn đang có cùng mọi người. Bạn có thể trực tiếp gửi tài liệu của bạn lên website hoặc gửi về cho chúng tôi 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 đó chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất kỳ khía cạnh nào có liên quan đến nội dung của tập tài liệu này. Xin vui lòng ghi rỏ nguồn gốc “Agriviet.Com” nếu bạn phát hành lại thông tin từ website để tránh những rắc rối về sau. Một số tài liệu do thành viên gửi về cho chúng tôi không ghi rỏ nguồn gốc tác giả, một số tài liệu có thể có nội dung không 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 tôi nếu có một trong các yêu cầu sau : • Xóa bỏ tất cả tài liệu của bạn tại website Agriviet.com. • Thêm thông tin về tác giả vào tài liệu • Cập nhật mới nội dung tài liệu www.agriviet.com . Download» AGRIVIET.COM 1 I- NGUYÊN LÝ QUI TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS Biogas là một hỗn hợp khí được sản sinh ra từ sự phân hủy những hợp chất. 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