Công nghệ KSH đang được phát triển mạnh ở Việt Nam. Các cơ quan nghiên cứu hiện nay mới tập trung hoàn thiện các kiểu công trình KSH quy mô nhỏ cho các hộ chăn nuôi, vì thế tính đến cuối năm 2012 tổng số công trình KSH quy mô hộ gia đình đã xây dựng ở Việt Nam lên đến gần 1 triệu công trình trong tổng tiềm năng 6 triệu hộ. Các công trình KSH quy mô trung bình chưa được tập trung nghiên cứu thích đáng.
Cơng trình khí sinh học hình ống quy mơ trung bình (Plug – flow) ThS Hồ Thị Lan Hương – Trung tâm Năng lượng tái tạo Cơ chế phát triển - Viện Năng lượng TĨM TẮT Cơng nghệ KSH phát triển mạnh Việt Nam Các quan nghiên cứu tập trung hoàn thiện kiểu cơng trình KSH quy mơ nhỏ cho hộ chăn ni, tính đến cuối năm 2012 tổng số cơng trình KSH quy mơ hộ gia đình xây dựng Việt Nam lên đến gần triệu cơng trình tổng tiềm triệu hộ Các cơng trình KSH quy mơ trung bình chưa tập trung nghiên cứu thích đáng Trong khn khổ dự án “Phát triển thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình Việt Nam” Chương trình Năng lượng Mơi trường cho nước tiểu vùng sơng Mê Cơng (chương trình EEP) tài trợ, Viện Năng lượng hoàn thiện thiết kế thử nghiệm kiểu cơng trình KSH quy mơ trung bình, kiểu cơng trình hình ống (Plug-flow) Đây cơng trình thiết kế dựa nguyên lý hoạt động cơng trình KSH nắp cố định có dòng chảy Chương trình thiết kế lập phần mềm excel, tính tốn thiết kế cho quy mơ chăn ni trang trại có 250 đến 3000 lợn Hiệu suất sinh khí cơng trình 0,3-0,36m3 khí/m3 phân huỷ, hiệu suất xử lý cơng trình đạt 90% với suất đầu tư cho 1m3 cơng trình từ 1-1,2 triệu VNĐ Cơng trình cấp khí cho mục đích phát điện, sưởi ấm, đun nấu thắp sáng thời gian hồn vốn cơng trình 3-4 năm 1.1 Ý TƯỞNG NGHIÊN CỨU Sự cần thiết mục tiêu nghiên cứu Năm 2011 với kinh nghiệm 30 năm nghiên cứu lĩnh vực khí sinh học, Viện Năng lượng phối hợp với đối tác Viện Nghiên cứu Môi trường Stockholm Thuỵ Điển, Tổ chức Phát triển Hà Lan đối tác khác phát triển ý tưởng ứng dụng kết nghiên cứu cơng trình khí sinh học hình ống quy mơ trung bình để xử lý chất thải chăn nuôi quy mô trang trại (các trang trại chăn ni có số đầu lợn từ 2503000 con) Viện Năng lượng đối tác thành công phát triển ý tưởng nhận tài trợ Chương trình Năng lượng Mơi trường cho nước tiểu vùng sông Mê Kông ( Chương trình EEP Mekong) để triển khai dự án “ Phát triển thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình Việt Nam” Mục tiêu ý nghĩa dự án Mục tiêu dự án Xây dựng thúc đẩy thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình VN Xử lý chất thải chăn nuôi cho trang trại quy mơ trung bình cung cấp nguồn lượng bền vững cho sinh hoạt phát điện Giảm ô nhiễm môi trường giảm phát thải KNK trang trại chăn nuôi Ý nghĩa dự án Xây dựng thúc đẩy thị trường cơng trình KSH quy mơ trung bình theo thiết kế Viện Năng lượng thơng qua việc giới thiệu, thử nghiệm trình diễn kiểu cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình 10 trang trại chăn ni Việt Nam Mục tiêu tổng thể nghiên cứu thiết kế hồn chỉnh hệ thống khí sinh học quy mơ trung bình cho trang trại chăn ni tập trung nhằm xử lý chất thải bảo vệ môi trường sản xuất lượng tái tạo cho mục đích cung cấp lượng trang trại Các mục tiêu cụ thể là: Lựa chọn kiểu thiết kế phù hợp giá thành hiệu quy mô chăn nuôi trang trại Việt Nam Tiêu chuẩn hố thơng số tính tốn thiết kế, xây dựng chương trình tính tốn thiết kế Để đạt mục tiêu nêu nội dung nghiên cứu tập trung vào điểm chủ yếu sau: Nghiên cứu cơng nghệ tính thích nghi cơng nghệ điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội Việt Nam để lựa chọn loại phù hợp cho việc nghiên cứu chuyên sâu Tính tốn thơng số đầu vào xây dựng chương trình thiết kế cụ thể cho kiểu cơng trình phù hợp Thử nghiệm tính tốn thiết kế; Thử nghiệm thực tế để hoàn thiện thiết kế; Xây dựng tài liệu kỹ thuật để phổ biến nhân rộng 1.2 Phát triển ý tưởng theo hướng áp dụng kỹ thuật tiên tiến làm tăng suất khí Từ thành cơng kiểu thiết bị KSH hình ống dự án “Phát triển thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình Việt Nam” đến năm 2012 nhóm nghiên cứu lại tiếp tục cải tiến kiểu cơng trình theo hướng áp dụng kỹ thuật màng lọc sinh học đặt bể phân huỷ để cải thiện trình lên men sinh khối Đây đề tài cấp Bộ Công Thương quản lý Viện Năng lượng thực Đề tài có tên “Thiết kế, lắp đặt thử nghiệm thiết bị KSH hình ống có màng lọc sinh học” với mục tiêu: Thiết kế, lắp đặt thử nghiệm thiết bị KSH hình ống có Hình – Cơng trình KSH hình ống sử dụng màng lọc sinh học nhằm tiết kiệm có màng lọc sinh học chi phí, bảo vệ mơi trường ứng dụng quy mơ nhỏ đến trung bình Ngun lý hoạt động loại thiết bị tăng cường biện pháp thúc đẩy trình lên men, giảm thời gian lưu nguyên liệu kiểu bể hình ống khối lượng nạp giảm thể tích bể phân huỷ nhiều lần Thiết bị KSH hình ống có màng lọc sinh học có ngun lý hoạt động tương tự thiết bị KSH hình ống thời gian lưu nguyên liệu bể phân huỷ giảm tối đa 20 ngày Kiểu thiết bị áp dụng tối ưu cho quy mơ nhỏ quy mơ trung bình Hình – Cơng trình KSH hình ống có màng lọc sinh học Đề tài Bộ Công Thương nghiệm thu cuối năm 2012 với kết đánh giá xuất xắc CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ KSH HÌNH ỐNG Đây nghiên cứu Việt Nam kiểu thiết bị khí sinh học hình ống (Plug-flow) dựa nguyên lý nguyên tắc cơng trình KSH có dòng chảy đều, hồ trộn hoàn toàn, phổ biến giới 2.1 Đặc tính thiết bị KSH hình ống Là hệ thống xử lý nước thải thiết kế dựa nguyên lý hoạt động thiết bị khí sinh học nắp cố định đơn giản với phương thức nạp liên tục tự động Hoạt động thiết bị mơ tả hình vẽ Hình – Dòng chảy thiết bị Tồn hệ thống xây gạch xi măng, nằm ngầm đất phần mặt đất, tuổi thọ thiết bị tính tốn 20 năm, thiết bị hoạt động không tiêu tốn lượng, vận hành bảo dưỡng đơn giản khơng đòi hỏi kỹ thuật phức tạp 2.2 Cấu tạo thiết bị KSH hình ống 6 Hình - Cấu tạo thiết bị KSH hình ống Thiết bị khí sinh học hình ống gồm phận chính: 2.3 1) Bể nạp nguyên liệu 2) Ống nạp nguyên liệu 3) Bể phân huỷ 4) Ống lấy nguyên liệu 5) Bể điều áp 6) Ống lấy khí Nguyên lý hoạt động Gồm giai đoạn: - Giai đoạn tích khí - Giai đoạn xả khí Hình – Giai đoạn tích khí thiết bị Hình – Giai đoạn xả khí thiết bị Áp suất khí bể phân huỷ thiết kế 20≥Pmax≤50 (cm cột nước) đảm bảo vận hành an toàn bền vững thiết bị 2.4 Giải pháp kết cấu khả chịu tải thiết bị Thiết bị KSH hình ống có kết cấu khối xây gạch bê tơng cốt thép, gồm phần chính: Đáy móng bể phân huỷ Phần thân bể phân huỷ Phần vòm chứa khí Các tiêu chuẩn áp dụng tính tốn thiết kế bao gồm: - TCXDVN 356:2005 Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - TCXDVN 45:78 Kết cấu móng - TCXDVN 2737:1995 Tải trọng tác động Độ dày mác bê tơng đáy móng phụ thuộc vào quy mơ cơng trình điều kiện địa chất điểm xây dựng cơng trình CHƯƠNG TRÌNH THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG Các nguyên tắc thiết kế: - Thể tích bể phân giải tính theo cơng thức: Vd = RT x Sd Trong đó: RT- thời gian lưu nguyên liệu - ngày Sd – khối lượng chất nạp hàng ngày – m /ngày - Thể tích bể điều áp tính theo cơng thức: Vg = K x G Trong đó: K – hệ số tích khí G – cơng suất thiết bị có giá trị G = Md x Y (Md – Khối lượng phân nạp – kg/ngày 3 Y – suất khí phân nạp – m khí/m phân huỷ/ngày Kích thước bể điều áp bể phân giải phải lựa chọn tính tốn ngun tắc cơng trình hoạt động ổn định, đảm bảo độ bền hợp lý chi phí xây dựng nhỏ (ít tốn vật liệu nhân cơng nhất) toán tối ưu thiết kế phần mềm exel để áp dụng thiết kế Đầu ống lấy khí bố trí đảm bảo dịch phân huỷ bể phân huỷ dâng lên mức tối đa khơng bịt kín miệng ống lấy khí làm cho tắc ống lấy khí, gây cố cho bể phân huỷ Bên cạnh trước van khí lắp thiết bị xả khí tự động để áp bể phân huỷ khí tự động xả qua van này, đảm bảo an tồn cho bể phân huỷ q trình hoạt động Bên cạnh tồn hệ thống lắp đầu đốt khí thừa để khí sử dụng khơng hết hệ thống tự động hoạt động đốt phần khí lại khơng xả vào khí quyển, gây hiệu ứng nhà kính làm nhiễm mơi trường khơng khí trang trại Các bể bố trí thành modul, modul có kích thước cố định gồm: chiều rộng bể 3m, chiều sâu 3m chiều dài phép di động tối đa 20m Quy mơ cơng trình tính tốn dựa lượng phân nạp hàng ngày Quy mơ trung bình thiết bị giới hạn từ 150-500m , tương đương số đầu lợn thịt thương phẩm trang trại ≥ 250 Nếu rãnh dẫn phân nối trực tiếp với cửa nạp nguyên liệu thiết bị đường ống dẫn phân phải có cửa tách nước thừa để kiểm sốt tỷ lệ pha lỗng hợp lý ngun liệu Quy mơ cơng trình tương ứng với quy mơ chăn ni tham khảo bảng sau Bảng - Quy mơ cơng trình theo số lượng vật ni Số lượng lợn tương đương (con) Sản lượng phân thải 100 300 900 15,800 ± 17-25 200 600 1,800 31,800 ± 35-50 300 900 2,700 47,600 ± 52-75 500 1500 4,500 79,300 ± 87-125 Cỡ cơng trình (m ) Sản lượng KSH Lượng KNK giảm (kg/năm) (m /năm) tCO2/năm HIỆU QUẢ CỦA CƠNG TRÌNH Cơng trình đánh giá hiệu tổng hợp: - Hiệu kỹ thuật: sản lượng khí cơng trình đạt 0,36m3 khí/m3 phân huỷ vào mùa hè 0,25-0,3m3 khí/m3 phân huỷ vào mùa đơng, tương tự theo tiêu chuẩn cơng trình quy mơ xây dựng Trung Quốc; Về hiệu xử lý môi trường: kết phân tích cho thấy hiệu khử BOD COD đạt 90%, sau hệ thống KSH có hệ thống ao sinh học wetland nước thải đầu đạt tiêu chí theo quy định Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 40:2011) - Hiệu kinh tế: tính tốn thơng qua số tổng vốn đầu tư xây dựng cơng trình, lợi ích mà cơng trình mang lại thời gian thu hồi vốn người ứng dụng: Chi phí đầu tư xây dựng cơng trình trung bình 1,0 – 1,2 triệu VNĐ/m3 cơng trình, với lợi ích từ khí để phát điện sưởi ấm, phân KSH thay phân hoá học thời gian hồn vốn cơng trình kiểu vào khoảng 3-4 năm - Hiệu xã hội môi trường: đánh giá thông qua số khả tạo công ăn việc làm cho người lao động, vấn đề vệ sinh môi trường trang trại, giảm phát thải khí nhà kính: với quy mơ cơng trình 200m tạo cơng ăn việc làm cho nhóm thợ xây 10 người 30-40 ngày làm việc, giảm phát thải KNK tương đương 27tấn CO2/năm… KHẢ NĂNG NHÂN RỘNG Việt Nam có tiềm lớn khí sinh học, thị trường cho cơng trình KSH quy mơ trung bình hướng vào trang trại chăn ni tập trung, lò mổ gia súc, gia cầm sở sản xuất, chế biến nông sản thực phẩm mà theo thống kê chưa đầy đủ có khoảng 1-3% tổng số sở áp dụng biện pháp xử lý môi trường hiệu Các dự án KSH quy mô rộng Tổ chức phát triển Hà Lan (SNV), Bộ Nông nghiệp (dự án QSEAP LIPSAP) triển khai công trình KSH quy mơ hộ gia đình (từ 4-40m ) tìm kiếm cơng nghệ KSH quy mơ trung bình đạt u cầu kỹ thuật để triển khai Dự án “Phát triển thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ trung bình Việt Nam”, SNV chủ trì, Viện Năng lượng phụ trách hồn tồn phần kỹ thuật thiết kế kiểm định cơng nghệ EEP đánh giá dự án thành cơng chương trình cơng nghệ đánh giá công nghệ đủ tin cậy để nhân rộng Kiểu cơng trình mang tính cơng trình lần nghiên cứu ứng dụng Việt Nam với quy mô từ 150-500m , thiết bị giải vấn đề xử lý môi trường cung cấp lượng hiệu quy mô trang trại Kết nhiều dự án dự án SNV, dự án Bộ Nông nghiệp xem xét để ứng dụng kết nghiên cứu triển khai khuôn khổ dự án hỗ trợ ADB, WB tổ chức quốc tế khác TÀI LIỆU THAM KHẢO Chengdu Biogas Research Institue of the Ministry of Agriculture, P.R.C – Agriculture Publishing House – Biogas Technology; Design of Ideal Plug Flow Reactors (PFRs) operated at Steady State under Isothermal Conditions, CP 303 set #4 (January to May, 2012), www.rshanthini.com/tmp/CP303/set4.pdf; K.J Chae, S.K Yim, K.H Choi, W.K Park, and D.K Lim, Division of Agricultural Environment and Ecology, National Institute of Agricultural Science and Technology - Anaerobic digestion of swine manure: Sung-Hwan farm-scale biogas plant in Korea Melik KARA, June, 2007, A Thesis Submitted to the Graduate School of Natural and Applied Sciences of Dokuz Eylül University; Anaerobic filter performance at different conditions; Nguyễn Quang Khải Nguyễn Gia Lượng; Công nghệ KSH chuyên khảo, Phạm Quang Khải, Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật, Viện Kỹ thuật Châu Á, 1984; Anaerobic Plug-flow Reactor for Biogas Production from Cowdung QCVN 40: 2011/BTNMT - QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP, National Technical Regulation on Industrial Wastewater; Torsten Fischer, Andreas Krieg - Krieg & Fischer Ingenieure GmbH, Germany; Farm scale biogas plant Văn phòng dự án KSH, 2010; Khảo sát đánh giá mơ hình KSH quy mô vừa 10 Viện Năng lượng, 2011; Phát triển thị trường cơng trình KSH hình ống quy mơ vừa, ... có màng lọc sinh học với mục tiêu: Thiết kế, lắp đặt thử nghiệm thiết bị KSH hình ống có Hình – Cơng trình KSH hình ống sử dụng màng lọc sinh học nhằm tiết kiệm có màng lọc sinh học chi phí,... quy mơ trung bình Hình – Cơng trình KSH hình ống có màng lọc sinh học Đề tài Bộ Công Thương nghiệm thu cuối năm 2012 với kết đánh giá xuất xắc CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA THIẾT BỊ KSH HÌNH ỐNG Đây... tạo thiết bị KSH hình ống 6 Hình - Cấu tạo thiết bị KSH hình ống Thiết bị khí sinh học hình ống gồm phận chính: 2.3 1) Bể nạp nguyên liệu 2) Ống nạp nguyên liệu 3) Bể phân huỷ 4) Ống lấy nguyên