1.6.1. Cấu tạo
Hệ thống tỳi ủ biogas gồm cú cỏc bộ phận chớnh sau đõy:
a. Tỳi chứa phõn
Gồm ba lớp tỳi nilon lồng vào nhau để tăng độ bền của tỳi chứa, cú 2 loại tỳi, loại khổ 1,6m ị 1m và loại khổ 2m ị 1,27m. Độ dài của tỳi phụ thuộc vào lượng phõn cần chứa trong tỳi ủ, nếu chứa phõn của 5-10 con lợn cần tỳi dài 8-9m, 12-15 con lợn cần tỳi dài 10- 12m. Hai đầu tỳi được cột với hai ống sành ị10 cm, một ống đểđưa phõn vào trong tỳi ủ và một ống đưa nước thải ra ngoài.
Tỳi chứa phõn được đặt trong hố chứa bằng đất hoặc xõy gạch để được bảo vệ an toàn. Kớch thướt hố chứa tựy thuộc vào loại tỳi. Cỏc lớp tỳi nilon phải hoàn toàn kớn để gas khụng bị thoỏt ra ngoài.
b. Lỗ thoỏt gas
Bộ phận này dựng để nối giữa tỳi chứa gas và hệ thống ống dẫn gas đến bếp. Bộ thoỏt gas bằng nhựa - đồng gồm răng trong, răng ngoài và hai thẻ trũn. Dựng kộo cắt một lổ trũn bằng với lỗ trũn của ốc nối răng ngoài trờn một cạnh của tỳi (cỏch đầu tỳi nylon khoảng 1.5m).
c. Ống dẫn gas
Ống dẫn ga đưa gas từ tỳi ủ vào bếp, ống dẫn gas bằng loại ống nhựa ị21, cuộn dõy dẻo ị20 cú độ dài bằng khoảng cỏch từ tỳi ủđến bếp. Gắn ống dẻo nối liền tỳi ủ với van an toàn, tỳi dự trữ và bếp.
d. Van an toàn
Van an toàn để kiểm tra, bảo vệđộ an toàn của hệ thống gas, ỏp suất gas trong quỏ trỡnh sử dụng. Van an toàn gồm cú một chữ T bằng nhựa (PVC) ị21, một ống PVC ị21 dài 20 cm, 2 ống PVC) ị21 dài 5 cm, chỳng được nối với nhau và nối với ống dẫn gas.
Hỡnh 1.13. Cấu tạo van an toàn
e. Tỳi dự trữ
Tỳi dự trữ dựng để dự trữ gas khi lượng ga đựợc sinh ra nhiều trong tỳi chứa, gas từ tỳi chứa theo ống dẫn vào tỳi dự trữ sau đú vào bếp.
Tỳi dự trữ gồm một chữ T bằng nhựa (PVC) ị21, 2 ống PVC) ị21 dài 5cm, một tỳi nilon 2 lớp lồng vào nhau dài từ 5-7 m (tựy số gia sỳc trong chuồng)
Nước Ống PVC 3-5cm Lổ kiễm soỏt Chữ T Nối với ống dẫn gas Cốđịnh mực nước đầu vào f 150mm Cốđịnh mực nước đầu ra Gas (20% - 30% Vtỳi) Phõn và nước thải (70% - 80% Vtỳi) Lỗ thoỏt gas Mặt cắt A-A Tỳi ủ 3 lớp nylon Hỡnh 1.12. Tỳi chứa phõn
Hỡnh 1.14. Tỳi dự trữ gas
f. Hệ thống bếp
Bếp đỳc bằng gang theo mẫu sẵn, cú hai loại, loại nhỏ để sử dụng cho nấu thụng thường, loại lớn sử dụng sử dụng cho cỏc mục đớch đun nấu nhiều hơn.
g. Hố lắng cỏt hay mương dẫn phõn, nước thải
Mương dẫn nước thải cú độ dốc 2%, thấp dần về hướng đầu tỳi ủ. Trong quỏ trỡnh thiết kế và xõy dựng nờn chỳ trọng đến việc tạo rónh thu cỏt. Khi cỏt vào trong tỳi ủ sẽ làm nghẽn tỳi ủ.
Kớch thước mương dẫn phụ thuộc vào số lượng phõn và nước thải của chuồn trại.
1.6.2. Lắp đặt hệ thống biogas
a. Tạo lỗ thoỏt gas
Dựng kộo cắt một lỗ trũn bằng với lỗ trũn của ống nối răng ngoài trờn thõn của tỳi chứa, sau đú thao tỏc theo hỡnh vẽ. Lưu ý siết chặt cỏc ốc .
Hỡnh 1.15. Tạo lỗ thoỏt gas
b. Lắp ống sành ởđầu vào và đầu ra của tỳi chứa
Mục đớch là đễ giữ mụi trường trong tỳi ủ bảo đảm kớn. Cỏc thao tỏc cần phải thực hiện theo thứ tự sau: Ống PVC Chữ T Tỳi ni long (3 lớp ) Tạo lổ thủng 1.5m Thẻ trũn (cao su ) Răng trong Thẻ trũn (mờca) Ống thoỏt Gas 1 2 3 4 1 2 3
+ Bước 1: Đưa ống sành thứ nhất vào tỳi nylon, phần bờn ngoài tỳi khoảng 1/5 chiều dài ống sành. Gấp nếp tỳi nylon quanh ống sành (phải cõn đối thỡ tỳi ủ mới trũn đều), buộc chặt bằng dõy cao su, thắt chặt tỳi nylon vào ống sành bằng cổ dờ (vị trớ A)
+ Bước 2: Bịt kớn đầu ống sành thứ nhất và lổ thoỏt gas (vi trớ B) + Bước 3: Đưa khụng khớ vào tỳi bằng cỏch giữđầu cũn lại của tỳi. + Bước 4: Thắt ngang một phần tỳi đễ giữ khụng khớ (vị trớ C).
+ Bước 5: Buộc ống sành thứ 2 vào đầu cũn lại của tỳi nylon, thao tỏc như bước thứ nhất (vị trớ D).
+ Bước 6: Buộc kớn ống sành thứ 2. Thỏo dõy buộc ở bước 4 sau đú chỉnh sửa tỳi cho căng trũn, ngay ngắn.
Hỡnh 1.16. Lắp nối ống cấp nhiờn liệu và thải nguyờn liệu
c. Đặt tỳi chứa phõn vào hố
Trước khi đặt tỳi vào hố cần phải kiểm tra kỹ hố phải đảm bảo khụng cú vật nhọn làm thủng tỳi. Cố định hai ống sành vào hai đầu hố với độ nghiờng 300 - 450 và cho đầu ống sành phớa dưới cỏch mặt đỏy hố ủ 35 -40 cm. Bơm nước vào tỳi chứa và chỉnh ống sành, tỳi, cho ngay ngắn, khụng để tỳi bị gấp nếp, mộo mú, lượng nước bơm khoảng 70 -80 % dung tớch tỳi chứa. A B C D Ống sành thứ nhất Ống sành thứ hai Cốđịnh mực nước đầu vào Cốđịnh mực nước đầu ra Gas (20% - 30% Vtỳi) Phõn và nước thải (70% - 80% Vtỳi) Lỗ thoỏt gas 10cm Mặt cắt A-A Hỡnh 1-17. Lắp đặt tỳi ủ
Hỡnh 1-18. Mụ hỡnh tổng thể lắp đăt hệ thống Biogas d. Bảo quản và sử dụng
+ Bảo quản tỳi ủ phõn: làm hàng rào để bảo vệ tỳi khụng bị thủng, che nắng trỏnh sự lóo húa của nilon dưới tỏc dụng trực tiếp của ỏnh nắng mặt trời là những yếu tố cơ bản quyết định độ bền cho kỹ thuật này. Do đú cần tốn kộm một ớt kinh phớ để thực hiện khõu này. Lưu ý vật liệu che chắn khụng nờn tiếp xỳc với tỳi vỡ như thế tạo thuận lợi cho chuột trỳ ngụ làm rỏch tỳi.
+ Cung cấp phõn cho tỳi ủ: toàn bộ phõn và nước rửa chuồng được cho trực tiếp vào tỳi ủ. Sau 10 - 20 ngày gas sẽđược sinh ra từ từ bằng quỏ trỡnh lờn men yếm khớ. Sau 45 ngày gas sinh ra tương đối ổn định. Lượng phõn cho vào đó được ước lượng nhưđó mụ tả trong phần chiều dài của tỳi. Qua thớ nghiệm và thực tế sản xuất cho thấy lượng gas sinh ra nhiều và ổn định theo thứ tự cỏc loại phõn của gia sỳc như lợn, gà, bũ,…Hỗn hợp nhiều loại phõn sẽ cho gas tốt hơn. Do đú nờn làm kết hợp nối liền hệ thống cầu xớ của người, phõn gia sỳc khỏc vào hệ thống này để giải quyết tốt vấn đề mụi trường. Sử dụng phõn hoai đó chuyển sang màu nõu đen cho vào tỳi ủ sẽ sinh gas nhanh và mau ổn định hơn.
1.7. Vận hành và bảo dưỡng cụng trỡnh khớ sinh học 1.7.1. Đưa thiết bị vào vận hành 1.7.1. Đưa thiết bị vào vận hành
Sau khi kiểm tra cho thấy cụng trỡnh đạt yờu cầu kớn nước và kớn khớ, cú thểđưa cụng trỡnh vào vận hành. Trỡnh tự cỏc cụng việc cần thực hiện như sau:
a. Chuẩn bị nguyờn liệu nạp ban đầu
Ban đầu cần nạp đầy phần phõn huỷ ngay một lỳc. Nếu khụng đủ nguyờn liệu thỡ cần phải nạp tới mức đủđảm bảo kớn khớ, sau đú cần bổ sung dần cho đầy.
Lượng phõn nàp đầy được xỏc định từ thể tớch phõn huỷ của thiết bị. Thụng thường tỷ lệ pha loóng là 1- 2 lớt nước/kg phõn nờn lượng phõn nạp là 300-500kg/1m3 thể tớch phõn huỷ.
Vớ dụ: một thiết bị cú thể tớch phõn huỷ 3m3, cần lượng phõn nạp đầy ban đầu là M= 500 x 3 = 1500 kg.
1
2 3
4
Tỳi Biogas (nilon) Van an toàn Tỳi trữ gas Gas (20% - 30% V tỳi) Phõn và nước thải (70% - 80% V tỳi) 1. Chuồng gia sỳc 2. Mương thu phõn và lắng cỏt 3. Ống dẫn phõn, nước thải vào 4 Ống dẫn phõn, nước thải ra Chỳ thớch: Bếp Đường dẫn gas
Nếu khụng đủ phõn thỡ lỳc nạp cú thể pha loóng hơn mức quy định. Phõn cú thể thu gom trước 10 ngày. Chỉ dựng phõn cũn tươi của cỏc con vật khoẻ mạnh. Tuyệt đối khụng dựng phõn của những động vật bịốm, cú tiờm khỏng sinh. Khỏng sinh tồn dư rất lõu (hàng thỏng), khi cho vào bể phõn huỷ sẽ giết chết cỏc vi khuẩn. Khi lưu trữ phõn để trỏnh phõn bị khụ nờn thường xuyờn tưới nước.
Trong lần nạp ban đầu nờn nạp phõn lợn, trõu bũ, nhờ vậy quỏ trỡnh phõn huỷ nhanh chúng xảy ra và sớm thu được khớ gas.
b. Pha loóng và hoà trộn nguyờn liệu
Dựng nước pha loóng nguyờn liệu nạp sẽ tạo điều kiện cho quỏ trỡnh phõn huỷ xảy ra thuận lợi hơn. Đối với phõn động vật tỷ lệ pha loóng từ 1-2 lớt nước/kg phõn. Khi pha loóng cần đậy miệng ống nạp lại, đổ phõn và nước vào rồi đỏnh cho tan đều sau đú mởống nạp cho dịch phõn huỷ chảy xối vào bể phõn huỷ.
Khi pha trộn cần trỏnh cỏc tạp chất sau đưa vào bể phõn huỷ - Đất, cỏt, sỏi, đỏ....vỡ chỳng sẽ gõy lắng cặn
- Que, cành cõy, mẫu gỗ là thứ khú phõn huỷ
- Dầu mỡ, xà phũng, thuốc tẩy, thuốc nhuộm, thuốc trừ sõu, thuốc sỏt trựng, những thứ này sẽ giết chết vi khuẩn.
c. Nạp nguyờn liệu
Sau khi nguyờn liệu được pha trộn thật kỹ, cú thể nạp nguyờn liệu vào qua cả lối vào lẫn lối ra và cửa thăm, việc nạp thực hiện càng nhanh càng tốt.
Khi nạp nếu nắp đó đậy kớn thỡ cần mở hết cỏc van khớ đối với thiết bị nắp cốđịnh hoặc mở nắp đối với thiết bị nắp nổi để khụng khớ trong thiết bịđược đẩy ra ngoài, khụng tạo ỏp suất quỏ lớn làm nứt vỡ thiết bị.
Nếu trong thiết bị cũn nước cú thể pha phõn đặc hơn, khi đổ vào thiết bị dịch phõn sẽ loóng ra và đạt tỷ lệ thớch hợp.
d. Theo dừi chất lượng khớ và đưa khớ vào sử dụng
Sau khi nạp xong, đậy nắp thiết bị và đúng tất cả cỏc van khớ lại để tạo mụi trường kỵ khớ cho quỏ trỡnh phõn huỷ.
Tuỳ loại nguyờn liệu và thời tiết, thời gian cú khớ sinh ra sau khi nạp dài ngắn khỏc nhau. Nếu dựng phõn lợn hoặc phõn trõu bũ vào thời tiết nắng núng thỡ chỉ vài chục giờ sau, thậm chớ chỉ vài giờ sau khớ đó sinh ra.
Ban đầu khớ cũn lẫn nhiều khụng khớ và nhiều CO2 nờn chưa chỏy được. Vỡ vậy cần xả hết vài ba lần, sau đú chõm thử xem khớ đó chỏy được chưa nếu khớ chỏy tốt là bắt đầu cú thể sử dụng được.
1.7.2. Vận hành thiết bị thường xuyờn
Qua thực tế cho thấy, nhiều cụng trỡnh biogas sau một thời gian đó trở nờn kộm hiệu quả. Nguyờn nhõn chủ yếu là vận hành và bảo quả khụng tốt, những hỏng húc do kỹ thuật khụng được sửa chữa kịp thời.
a. Nạp nguyờn liệu bổ sung hàng ngày
Trong thời gian từ 15-20 ngày sau khi nạp nguyờn liệu ban đầu, nếu thiết bị hoạt động tốt thỡ sản lượng khớ sẽ tăng rất cao. Nờn tranh thủ dựng hết khớ, nếu khụng khớ sẽ xỡ ra ngoài mất. Trong thời gian này khụng nờn nạp nguyờn liệu bổ sung để giữ cho quỏ trỡnh lờn men đạt trạng thỏi ổn định.
Sau thời gian núi trờn, cần nạp nguyờn liệu bổ sung và lấy phần bó đó phõn huỷđi. Lượng bổ sung vào bằng lượng lấy đi. Phải chỳ ý đảm bảo cho mức dịch phõn huỷở trạng thỏi ỏp suất khớ bằng khụng luụn ngang với đỏy bểđiều ỏp ở mức số khụng.
Lượng phõn bổ sung phụ thuộc vào thể tớch bể phõn huỷ, thời gian lưu và tỷ lệ pha loóng (bảng 1-14).
Bảng 1-14. Lượng phõn nạp hàng ngày tớnh cho 1m3 bể phõn huỷ
Vựng Thời gian lưu (ngày) Lượng phõn nạp (kg/ngày)
I 60 8
II 50 10
III 40 12
Nguồn: Nguyễn Quang Khải và cs, 2003
Cần chỳ ý rằng, nạp quỏ nhiều hoặc quỏ ớt đều làm cho sản lượng khớ thay đổi đỏng kể. Nếu nạp bổ sung quỏ nhiều cú thể làm cho thiết bị hoạt động mất ổn định, ngừng sinh khớ cú thể mất hàng tuần mới trở lại bỡnh thường.
b. Khuấy đảo dịch phõn huỷ
Việc khuấy đảo dịch phõn huỷ cú tỏc dụng tăng sản lượng khớ lờn đỏng kể. Nú đảm bảo cho nguyờn liệu chưa bị phõn huỷ tiếp xỳc được với vi khuẩn. Do đú phản ứng phõn huỷ xảy ra mạnh hơn và cũn cú tỏc dụng ngăn cản sự hỡnh thành vỏng.
Việc khuấy đảo cú thể thực hiện như sau:
Dựng gậy thọc qua ống lối vào của thiết bị rồi kộo lờn đẩy xuống nhiều lần.
Mỳc ớt dịch phõn huỷở lối ra đổ ngược lại qua lối vào. Biện phỏp này cũn cú tỏc dụng lưu giữ lại một số vi khuẩn sinh mờtan sẵn cú ở lối ra và cho chỳng tiếp xỳc với nguyờn liệu mới nạp ở lối vào. Biện phỏp này được gọi là biện phỏp “hồi lưu sinh khối”.
Việc khuấy đảo nờn làm một ngày vài lần, mỗi lần 5 – 10 phỳt.
c. Phỏ vỏng
Tỏc hại của vỏng
Vỏng gõy nhiều trở ngại cho hoạt động của hầm biogas, vỏng khụng chỉ cản trở khớ thoỏt ra khỏi dịch phõn huỷ mà cũn làm giảm thể tớch hoạt động của bể phõn huỷ. Lớp vỏng hỡnh thành quỏ dày cú thể gõy cản trở hoạt động của hệ vi sinh vật bề mặt, về lõu dài cú thể làm cho hệ thống biogas trở thành hệ thống chết.
Đó cú nhiều trường hợp, hầm biogas sau hai đến 3 năm hoạt động, lớp vỏng đó đúng dày tới mức người đứng lờn khụng sụt, phải lấy xẻng đào mới lấy đi được. Hiện tượng hỡnh thành vỏng khụng chỉ cú ở hầm biogas xõy theo kiểu nắp cốđịnh mà chỳng cũn hỡnh thành ở loại tỳi nylon.
Sự hỡnh thành vỏng
Trong nguyờn liệu nạp vào thiết bị khớ sinh học bao giờ cũng cú những thành phần nhẹ hơn nước. Khi nổi lờn bề mặt dịch phõn huỷ, cỏc chất trờn khụng được ngập trong nước nờn khụng phõn huỷđược. Chỳng bị khụ đi và dần kết lại với nhau tạo thành lớp vỏng ngày càng dầy và cứng. Lớp vỏng sẽ ngăn cản khớ thoỏt ra khỏi dịch phõn huỷ. Lớp vỏng cũng chiếm một phần thể tớch bề mặt hầm. Cả hai lý do này làm cho sản lượng khớ sẽ giảm đi nhiều so với ban đầu.
Thành phần nhẹ này cú thể là cục phõn, rơm rạ, mựn cưa, trấu, lụng sỳc vật,... và cú thể lọc để loại bỏđược. Ngoài ra, cũng chớnh do việc dựng rơm rạ, cõy lạc, đậu, bốo..làm nguyờn liệu nạp phối hợp với phõn gia sỳc làm tăng nguy cơ hỡnh thành vỏng.
Trong cỏc hợp chất hữu cơ đem nạp vào nguyờn liệu đầu vào là những hợp chất phức tạp gồm ba lớp chớnh sau: gluxit, lipit, và protit.
Trong số gluxit cú cỏc lignin là thành phần rất khú phõn huỷ của cỏc chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khớ.
Lipit cũn được gọi là chất bộo như dầu, mỡ, sỏp... cỏc chất bộo khụng hoà tan trong nước nờn cũng khú phõn huỷ. Chất bộo thường cú trong phần thức ăn rơi vói, đặc biệt trong nước thải lũ mổ. Trong điều kiện kỵ khớ, cú những loại vi sinh vật phõn huỷ những chất bộo thực vật thành một cacbua hydro giống như dầu mazut, khụng tan trong nước và nổi lờn mặt nước tạo thành những vỏng giống như vỏng dầu.
Cỏc chất khú phõn huỷ như lignin, dầu, mỡ, sỏp...luụn cú mặt trong nguyờn liệu nạp. Vỡ vậy sự tạo thành vỏng và lắng cặn là khụng trỏnh được.
Biện phỏp khắc phục vỏng
- Lấy bỏ vỏng: Biện phỏp khắc phục triệt để là định kỳ lấy hết vỏng khỏi bể phõn huỷ. Điều này cũng là một yờu cầu quan trong với thiết kế. Phải bố trớ lối mở (cửa thăm) để lấy vỏng. Cửa thăm tốt nhất là ở phớa trờn bể phõn huỷ.
- Hạn chế sự hỡnh thành vỏng:
+ Pha loóng hợp lý: Chọn tỉ lệ pha loóng và vận hành. Khi pha loóng hợp lý, dịch phõn huỷ cú độ nhớt cao nờn cỏc thành phần nhẹ khú nổi lờn bề mặt và hỡnh thành vỏng.