a. Đặt vấn đề
Nhiều vùng nông thôn của một số nước trên thế giới như Ấn Độ, Trung Quốc, Nepan, Pakistan, Bangladesh, Thái Lan đã sử dụng phân gia súc (trâu, bò, lợn, gà,...)
để sản xuất khí mê tan phục vụ cho nhu cầu chất đốt, điện năng cho gia đình. Ở Việt Nam công nghệ sản xuất khí mê tan từ phân gia súc cũng đã được đưa về một số địa phương như Cần Thơ, Sơn Tây, Bắc Ninh và một số vùng khác.
Việc sử dụng phân gia súc mang lại nhiều lợi ích đáng kể:
- Giảm sức ép về củi đun, khí đốt tự nhiên. Việc cung cấp củi đun ngày càng khan hiếm, đặc biệt đối với vùng đồng bằng. Ngay cả vùng trung du củi đun đang ngày càng ít và là vấn đề quan tâm của nhân dân vùng thôn quê.
- Hạn chếđược nạn chặt cây rừng lấy củi: phát triển sản xuất khí mê tan đến từng hộ gia đình sẽ hạn chế nạn chặt cây, phá rừng để lấy củi đun với mục đích tự cấp và thương mại.
- Tận dụng nguồn phân gia súc làm phân bón hữu cơ góp phần tích cực vào công tác giảm thiểu chất thải rắn ở nông thôn.
Góp phần làm sạch môi trường tại các hộ gia đình, trang trại: Phân tươi được thu dọn hàng ngày, được ủ kín tránh mùi hôi thối và không còn là nơi lý tưởng để ruồi, nhặng phát triển.
Trong phân gia súc đã ủ, không còn các vi khuẩn gây bệnh và mùi hôi của phân
được giảm rất nhiều.
- Lợi ích kinh tế: 1 m3 khí mê tan có thể cung cấp năng lượng cho các nguồn sau
đây:
+ Một số tủ lạnh 300l hoạt động trong 3 giờ.
+ Một đầu máy 2 mã lực hoạt động trong 1 giờ.
+ Thắp sáng 1 bóng đèn 60W trong vòng 7 giờ.
+ Đun 3 bừa ăn cho một gia đình 4 người.
+ Tạo ra nguồn điện l,25KW. Một số hạn chế:
+ Đòi hỏi đầu tư kinh phí ban đầu tương đối cao so với những hộ có thu nhập hàng năm thấp.
+ Yêu cầu đủ số lượng gia súc như trâu, bò, lợn.
+ Cần được quan tâm hàng ngày.
+ Có thể xảy ra sự cố như cháy, nổ.
b. Lượng phân gia súc cần thiết
Để sản xuất 1 m3 khí mêtan/ngày, lượng phân gia súc cần có như sau:
+ Phân lợn: 20 kg
+ Phân gà, vịt: 12 kg
Theo sách hướng dẫn "Phát triển khí sinh học" của ủy ban Kinh tế và Xã hội châu Á và Thái Bình Dương mỗi ngày:
+ 1 con bò thải ra: 10 - 15 kg phân.
+ 1 con trâu thải ra: 15 - 20 kg phân.
+ 1 con lợn thải ra: 2,5 - 3,5 kg phân.
+ 1 con gà thải ra: 90 g phân.
Mức độ sinh khí của một số phân gia súc như sau (đơn vị tính: lít khí/kg phân):
+ Phân trâu, bò: 22 - 40.
+ Phân lợn: 40 - 60.
+ Phân gà vịt: 65,5 - 115.
+ Phân người: 20 - 28.
c. Các yếu tô ảnh hường đến quá trình sản suất khí sinh vật
Đầu vào hệ thống: Đầu vào của hệ thống sản xuất khí sinh vật bao gồm phân tươi, nước giải, nước trộn có thể cả rác hữu cơ. Nếu không duy trì sựổn định về lượng vật chất nói trên sẽ ảnh hưởng đến khối lượng khí sinh ra và các hoạt động phân huỷ
của vi sinh vật trong bể phôi.
Theo dõi, kiểm tra: Trong quá trình hoạt động của bể phối (bể sinh khí) có thể
xảy ra những sự cố như tạo lớp váng dày hạn chế thoát khí; rò rỉ khí từ bể phối, kiểm tra nhiệt độ. Đối với các túi plastic sinh khí cần phải kiểm tra thường xuyên vì loại này dễ bị rách, thủng do chó, mèo cào, cắn.
Thời tiết: Sự thay đổi thời tiết có ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh khí. Nhiệt độ
không khí hạ thấp làm giảm hoạt động phân huỷ của các vi sinh vật trong bể phối do
đó khối lượng khí sinh ra sẽ giảm ảnh hưởng này đặc biệt dễ nhận thấy đối với các bể
túi sinh khí nằm lộ thiên.
d. Cấu tạo của hệ thống sản xuất khí sinh vật
Bộ phận cơ bản của hệ thống sản xuất khí sinh vật là bể sinh khí hay còn gọi là bể phân huỷ, bể phối (Digester/Septic tank). Kích thước của bể tuỳ thuộc vào khả năng về tài chính, số lượng gia súc và nhu cầu về chất đốt (khí đốt) của chủ nhân.
Thể tích chung của bể sinh khí và bể chứa khí như sau:
+ Sản xuất 2 m3 khí/ngày thể tích chung của bể sinh khí + chứa khí là 10 m3
+ Sản xuất 3 m3khí/ngày thể tích chung của bể sinh khí + chứa khí là 15m3.
+ Sản xuất 5 m3 khí/ngày thể tích chung của bể sinh khí + chứa khí là 25m3.
Thể tích của riêng bể sinh khí (digenter) như sau (sản xuất 1 m3 khí/ ngày):
+ Sản xuất từ phân trâu, bò: ít nhất là 2,8 m3 thì cần nuôi 2 con trâu, bò.
+ Sản xuất từ phân gà, vịt ít nhất là 1,38 m3 thì cần nuôi 260 con.
+ Sản xuất từ phân người: ít nhất là 5,04 m3 thì nhà vệ sinh cho 42 người.
+ Sản xuất từ phân lợn: ít nhất là 1,76 m3 thì cần nuôi 9 con lợn.
Thể tích của bể (thùng, túi) chứa khí phụ thuộc vào chế độ tiêu dùng khí hàng ngày của chủ nhân. Trong một số loại hình bể sinh khí cụ thể thì thể tích của thùng chứa khí không dưới 20% thể tích của bể sinh khí.
Về cách tính toán thể tích cần thiết của các bể có thể tham khao tài liệu "Sách hướng dẫn phát triển khí sinh vật" do Hội đồng Kinh tế và Xã hội châu Á và Thái Bình Dưỡng thuộc Việt Nam 1980 (xem trong tài liệu tham khảo).
Bể sinh khí mê tan (bể phối, bể phản ứng) và bể (thùng, túi) chứa khí có nhiều kiểu dáng khác nhau như hình trống, hình vại, hình hộp chữ nhật, hình vòm... Nối với bể sinh khí là 2 đường ống: ống vào của hỗn hợp phân tươi, nước tiểu, nước pha trộn và ống ra của hỗn hợp phân lẫn nước sau khi đã phân huỷ.
Nối với bể (thùng, túi) chứa khí là ống dẫn khí đến nguồn tiêu thụ như bếp đun,
đèn... Cấu tạo của hệ thống sản xuất khí sinh vật được trình bày trong hình 13.2 (a, b, c, d, e).
e. Hoạt động của hệ thống
Trong bể sinh khí, hỗn hợp phân và nước bị phân huỷ yếm khí tạo thành khí mê tan dưới tác động lên men của vi khuẩn methanogenes. Ở nhiệt độ trong bể là 35oC vi khuẩn sẽ hoạt động rất mạnh và sẽ sản xuất được nhiều khí. Nhiệt độ càng thấp thì hoạt động sinh khí của vì sinh vật càng giảm. Ở nhiệt độ 10oC hoạt động sinh khí ngừng hẳn. Ở các nước nhiệt đới, nhiệt độ trung bình của không khí thường từ 25oC – 30oC. Thời gian trung bình đủđể cho vi khuẩn hoạt động lên men trong điều kiện nhiệt
đới là 50 ngày. Trong điều kiện khí hậu nóng hơn thời gian này sẽ giảm xuống còn 40 ngày. Ở các khu vực có khí hậu lạnh hơn thì thời gian hoạt động lên men lâu hơn, ít nhất 60-70 ngày.
Để cho bể sinh khí hoạt động tốt, cần phải đảm bảo một số yếu tố sau đây:
- Hàng ngày nạp đủ lượng phân, nước theo tỷ lệ hợp lý. Tỷ lệ phân/nước có thể là l:l, 2:3 nhưng nhiều người thích tỷ lệ 4:5.
Đảm bảo pH=8 (mức tối ưu) của hỗn hợp phân, nước.
Kiểm tra hoạt động ban đầu của bể sinh khí, hoạt động của vi khuẩn, dinh dưỡng cho vi sinh vật.
Kiểm tra đầu ra: khối lượng khí, đặc điểm của phân sau khi phân hủy.