6. Xử lý yếm khí bằng hệ thống biogas
Nhằm xử lý tốt nguồn nước thải trong chăn nuôi, cung cấp nước tưới sạch và phân bón tốt cho trồng trọt bên cạnh đó tận dụng nguồn khí metan làm khí đốt cho gia đình, góp phần nâng cao kinh tế cho trồng trọt bên cạnh đó tận dụng nguồn khí metan làm khí đốt cho gia đình, góp phần nâng cao kinh tế cho nhà nông.
6.1 Giới thiệu về biogas
Ở Việt Nam đến cuối thập niên 70 thì khí sinh học mới được chú ý, do tình hình thiếu hụt năng lượng và xu hướng đi tìm nguồn năng lượng mới, trong đó có sự phát triển khí sinh học từ hầm ủ được lượng và xu hướng đi tìm nguồn năng lượng mới, trong đó có sự phát triển khí sinh học từ hầm ủ được đặc biệt chú ý. Tuy nhiên đến những năm gần đây túi ủ khí làm bằng nilon mới thực sự phát triển và được áp dụng rộng rãi trong cả nước ưu điểm là giá thành rẻ dễ lấp đặt và phù hợp với mô hình chăn nuôi hộ gia đình và đã được một số hộ chăn nuôi tại khu phố 1 và 2 phường Long Bình áp dụng. Quá trình sản xuất biogas là một loạt quá trình phân hủy các chất hữu cơ phức tạp trong điều kiện môi trường không có oxy thành các chất hữu cơ đơn giản hơn dưới tác dụng của các vi khuẩn kỵ khí.
6.2 Các sản phẩm thu được từ hệ thống biogas
Qua hệ thống Biogas ta thu được những sản phẩm hữu ích như: Khí đốt, phân bón và thức ăn cho cá. cá.
Sơ đồ 1: Sản phẩm thu được từ hệ thống biogas+ Khí đốt + Khí đốt
Khí sinh học
Thành phần khí đốt của hệ thống biogas bao gồm 60 – 70% CH4; 30 – 40% CO2 là một nguồn nguyên liệu mới thay thế một phần than, củi, dầu… không để lại muội than và tro bếp nên việc làm vệ nguyên liệu mới thay thế một phần than, củi, dầu… không để lại muội than và tro bếp nên việc làm vệ sinh dụng cụ nấu nướng cũng dễ dàng hơn, nâng cao chất lượng cuộc sống cho con người
+ Phân bón
Thành phần của cặn nước thải sau khi qua biogas có các chất dinh dưỡng thấp hơn để làm phân bón hoặc làm thức ăn cho cá. Đặc biệt theo một số nghiên cứu cho thấy số lượng các ấu trùng và trứng bón hoặc làm thức ăn cho cá. Đặc biệt theo một số nghiên cứu cho thấy số lượng các ấu trùng và trứng giun sán giảm rõ rệt so với phân tươi, do đó an toàn hơn khi dùng nước thải này để tưới cây.
Bảng 16: Hiệu quả xử lý phân của hệ thống biogas
Chỉ tiêu Trước khi xử lý Sau khi xử lý
pH COD (mg/l) COD (mg/l) BOD (mg/l) Ecoli (MPN/ ml) Coliform (MPN/l) Streptococcus (MPN/l) Trứng ký sinh trùng (trứng/g) 7,4 32.000 10.600 15,76 x 107 18,97 x 1010 54,5 x 106 2.750 7,9 – 8 5.800 - 6.600 3.400 - 3.900 12 - 15,26 x 104 12,3 x 103 - 25,74 x 105 0,31 - 2,7 x 102 105 - 175 Nguồn:Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994. Trích dẫn Nguyễn Hà Mỹ (2002).
Chương 4
XỬ LÝ YẾM KHÍ BIOGAS1. Khí sinh học biogas 1. Khí sinh học biogas
Biogas hay còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phân hủy hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí. Hổn hợp khí này chiếm tỉ lệ gồm CH4: 60-70%, cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí. Hổn hợp khí này chiếm tỉ lệ gồm CH4: 60-70%, CO2: 30-40%, lượng nhỏ khí H2S, N2, H2, CO, ... CH4 có số lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khi đốt. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân huỷ sinh học, do đó số lượng khí sinh ra này sẽ tuỳ phụ thuộc loại phân, tỷ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, thời gian lưu lại của phân, tốc độ dòng chảy… trong hệ thống phân huỷ khí sinh học.
1.1. Đặc tính khí sinh học biogas
Khí biogas có trọng lượng riêng khoảng 0.9 - 0.94 kg/m3, trọng lượng riêng này thay đổi do tỉ lệ CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp. Lượng H2S chiếm một lượng ít, có mùi hôi, tạo thành acid H2SO4 CH4 so với các khí khác trong hỗn hợp. Lượng H2S chiếm một lượng ít, có mùi hôi, tạo thành acid H2SO4
khi tác dụng với nước gây độc cho người và làm hư dụng cụ đun nấu. Mùi hôi của chất này giúp xác định nơi hư hỏng của túi để sửa chữa. nơi hư hỏng của túi để sửa chữa.
Khí biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn nó với tỉ lệ từ 6 - 25% trong không khí, vì thế khi sử dụng gas này sẽ có tính an toàn cao. Nếu hỗn hợp khí có CH4 chiếm 60% thì 1 m3 khí sinh học cần 8 m3 dụng gas này sẽ có tính an toàn cao. Nếu hỗn hợp khí có CH4 chiếm 60% thì 1 m3 khí sinh học cần 8 m3
không khí. Nhưng trong thực tế, khí biogas được cháy tốt trong không khí khi nó được hoà lẩn ở tỉ lệ là 1/9 - 1/10 (Uỷ ban Khoa học kỹ thuật Đồng Nai, 1989). 1/9 - 1/10 (Uỷ ban Khoa học kỹ thuật Đồng Nai, 1989).
1.2. Đặc tính của khí CH4
Khí CH4 là một chất khí không màu, không mùi và nhẹ hơn không khí. Ở 200C, 1 atm thì 1 m3 CH4
có trọng lượng 0,716 kg. Khí đốt hoàn toàn 1 m3 khí CH4 cho ra khoảng 5.500 - 6.000 kcal.
2. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống biogas
Sự tạo thành khí sinh học là một quá trình lên men phức tạp xãy ra qua 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, 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 để phân hủy những chất hữu cơ ở dạng phức tạp chuyển thành dạng đơn giản là chất khí và các chất khác.
Sự phân hủy kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn tạo ra hàng ngàn sản phẩm trung gian nhờ hoạt động của các chủng loại vi sinh vật đa dạng. Đó là sự phân hủy protein, tinh bột, lipid để tạo thành acid động của 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 indole, scatole. Ngoài ra còn có các liên kết cao phân tử mà nó không phân hủy được bởi vi khuẩn yếm khí như lignin.
Tiến trình tổng quát như sau:
(C6H10 O5)n + n H2O vi sinh vật 3n CO2 + 3n CH4 + 4.5 cal
28To = 35oC To = 35oC
Một phần CO2 đã bị giữ lại trong một số sản phẩm quá trình lên men bằng cách kết hợp với những ion Na+,K+, Ca2+, NH4+. Do đó hỗn hợp khí sinh ra có từ 60 - 70% CH4 và khoảng 30 - 40% CO2. ion Na+,K+, Ca2+, NH4+. 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, đạm, 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 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 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:
2.1. Con đường thứ nhất
a. Giai đoạn 1