MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu tổng quan về hầm sinh khí Biogas sử dụng phân chuồng : Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học , là quá trình ủ phân rác , phân hữu cơ và bùn cống rãnh , để tạo ra nguồn khí sinh học để sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất , công nghiệp. Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho công nghiệp và cho đời sống ngày càng cạn kiệt. Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng mới là đề tài được quan tâm ở Việt Nam và cả thế giới. Trong đó, nguồn năng lượng được quan tâm đến đó là Biogas nhiên liệu, nó có ưu điểm than thiện với môi trường.
Biogas được hình thành từ quá trình phân hủy kỵ khí hay lên men các chất hữu cơ trong điều kiện không có không khí , có khả năng tạo ra nguồn năng lượng khá lớn và giải quyết tốt vấn đề môi trường. Thành phần Biogas : CH4 , CO2 , N2 , H , H2S …., trong đó có các khí như CH4 , CO2 là chủ yếu. Các công nghệ để chuyển các chất hữu cơ sang khí sinh vật tồn tại nhiều năm ở những nước phát triển và đang phát triển. Khí sinh vật đốt trực tiếp để nấu ăn , thắp sáng và chạy động cơ.
Qúa trình sản xuất khí sinh vật là tiến hành lên men sinh học cho các chất hữu cơ như: Các chất thải nông nghiệp, phân và các chất thải công nghiệp trong môi trường yếm khí ( làm thiếu oxi ) để sinh ra các khí meetan ( CH4 ) và các thành phần khí khác như CO2 , O2 , H , N2 , CO2. Ngoài việc sản xuất sinh ra các khí trên, việc lên men các chất hữu cơ còn làm giảm thể tích của chúng để trở thành các chất ở dạng nhão, những chất này làm phân bón cho cây trồng rất tốt. Một lợi ích nửa của quá trình này là tạo môi trường sức khỏe tốt cho cộng đồng. Đây là một mô hình mới, vừa để xử lý ô nhiễm môi trường do nguồn thải chăn nuôi tạo ra, vừa đem lại hiệu quả kinh thiết thực, đặc biệt cho những hộ chăn nuôi gia súc gia cầm, tận dụng được nguồn chất thải gia súc và triệt tiêu mùi hôi hám khó chịu.
Khí gas từ hầm Biogas này dung cho đun nấu rất tốt , nếu sử dụng đúng cách thì không hề ảnh hưởng gì tới sức khỏe con người, nước thải hệ thống đã được diệt hết 99% trứng giun sán, có thể tận dụng làm phân vi sinh hoặc tưới cho rau sạch, mang lại nguồn phân bón an toàn cho canh tác, hạn chế côn trùng phát triển, qua đó giúp giảm dịch hại từ 70-90%, bảo vệ sức khỏe người nông dân. Chăn nuôi phát triển thì vấn đề vệ sinh môi trường nông thôn cũng trở nên bức xúc. Năm 1999, Trung tâm Tài nguyên và Môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường được giao thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình hầm sinh khí Biogas đảm bảo vệ sinh môi trường khu dân cư ”. Trong quá trình triển khai, Trung tâm đã xây dựng 6 hầm thí điểm tại thị xã Vĩnh yên, huyện Bình xuyên và huyện Yên lạc.
Kết quả toàn bộ các mô hình trên đến nay đều hoạt động tốt và đã giải quyết cơ bản tình trạng ô nhiễm môi trường tại gia đình được áp dụng xây dựng hầm sinh khí Biogas thí điểm, không ảnh hưởng xấu đến môi trường và các hộ xung quanh, đồng thời tạo ra một lượng khí gas làm chất đốt cơ bản phục vụ sinh hoạt. Sinh viên thực hiện: Trần Đăng Thiên Người hướng dẫn: Ts. Hồ Trần Anh Ngọc 2 Tính toán thiết kế hầm sinh khí biogas sử dụng phân chuồng công suất 300 con lợn và ứng dụng khí biogas chạy máy nổ 1.2 Ưu điểm và nhược điểm của hầm sinh khí Biogas: 1.1 Ưu điểm: Về kinh tế : Giảm bớt một khoản chi phí xử lí chất thải, không mất tiền mua gas, điện gia dụng, phòng chống dịch bệnh trong chăn nuôi. Về năng lượng : Đem lại nhiều lợi ích trong việc đun nấu, thắp sáng, chạy động cơ đốt trong ( thay thế xăng, dầu dieden ), úm gà con, nuôi tằm, sưởi nhà kính.
Về nông nghiệp: Nguyên liệu khi qua công nghệ Biogas thì một phần sẽ chuyển hóa thành khí Biogas, còn một phần là bã đặc và nước thải lỏng. Bã thải này có thể được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: như dùng để làm phân bón ( giúp tăng năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh, nâng cao độ phì cho đất ); các mục đích khác ( xử lí hạt giống trước khi gieo trồng, nuôi thủy sản, trồng nấm…) Về môi trường: Giúp cho môi trường trong lành hơn, không còn mùi hôi thối từ phân động vật gây ra. Công trình có cấu tạo hình khối cầu, gồm nhiều bộ phận lắp ghép với nhau nên dễ tháo rời và vận chuyển, dễ dàng cho việc thay thế sửa chữa và di dời đến địa điểm mới. Vật liệu có độ bền cao, độ chịu lực và chống thấm tốt, không bị ăn mòn bởi axit.
Lắp đặt ở mọi điều kiện địa hình, đặc biệt là các vùng trũng, vùng đất yếu, đất sình lầy,… Đảm bảo kín khí cao, nhanh có gas, hiệu suất sinh khí và áp lực khí cao. Tự phá váng triệt để do sự thay đổi nhiều và liên tục của diện tích mặt váng. Trong trường hợp nếu phải thau dọn bể thì việc xử lý là rất đơn giản, nhanh, sạch sẽ, không tốn công lao động. Dùng chung cho cả hố xí tự hoại gia đình.2 Nhược điểm: Bị phụ thuộc vào tay nghề của thợ không như ý mình.
Tốn nhiều công suất don dẹp vệ sinh. Nguy cơ gây nguy hiểm cho người sử dụng. Dễ gây ô nhiễm môi trường do dễ bị rò khí ra ngoài. Phải có thêm bộ điều áp.
Tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây nguy hiểm cho người sử dụng. Đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao hơn để đảm bảo giữ kín khí. Áp suất khí không ổn định trong quá trình sử dụng. Điều kiện khí kém hơn vì dịch phân hủy bị đẩy lên bể điều áp, tiếp xúc với không khí và bị oxi hòa tan này vào.
Khi dịch dồn trở lại bể phân hủy sẽ đem theo lượng oxi hòa tan này vào bể phân hủy. Nhược điểm này càng trầm trọng đối với thiết bị cỡ lớn.3 Thành phần, tính chất của phân: Phân là sản phẩm thải loại sau quá trình tiêu hóa của gia súc, gia cầm. Là phần thức ăn không được gia súc hấp thụ để tạo sản phẩm mà bị bài tiết ra ngoài qua đường tiêu hóa. Chính vì vậy, phân gia súc là sản phẩm dinh dưỡng tốt cho cây trồng hay các loại sinh vật khác như cá, giun…Tuy nhiên do thành phần giàu hữu Sinh viên thực hiện: Trần Đăng Thiên Người hướng dẫn: Ts.
Hồ Trần Anh Ngọc 3 Tính toán thiết kế hầm sinh khí biogas sử dụng phân chuồng công suất 300 con lợn và ứng dụng khí biogas chạy máy nổ cơ của phân, chúng rất dễ bị phân hủy thành các sản phẩm độc, những chất mà khi phát tán vào môi trường, có thể gây ô nhiễm cho vật nuôi, cho con người và cho các sinh vật khác. Thành phần hóa học của phân rất phong phú bao gồm: Các chất hữu cơ : Phân có thành phần rất đa dạng như các hợp chất protein, cacbonhydrat, chất béo và các sản phẩm trao đổi của chúng. Chúng có nguồn gốc từ thức ăn, thông qua bộ máy tiêu hóa của gia súc được phân giải thành các chất dinh dưỡng, cần thiết chô gia súc, gia cầm; phần không được tiêu hóa được gia súc bài tiết ra ngoài theo dạng phân. Trong đó, các chất xơ do không được gia súc ( trừ loài nhai lại ) tiêu hóa hầu hết nên chúng bị thải ra theo phân, chiếm tỷ trọng lớn trong phân gia súc và thành phần bị vi sinh vật phân giải nhanh nhất.
Trong quá trình lưu trữ và sử dụng phân gia súc, các thành phần hữu cơ khác như: sản phẩm trao đổi của gluxit dễ lên men gồm các axit hữu cơ, các monosaccharide, các hợp chất chưa nitơ như protein và các dẫn xuất của chúng, các chất béo, là các chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy thành các sản phẩm ở dạng lỏng hoặc khí, có hại cho sức khỏe con người và môi trường. Các chất vô cơ : Thành phần vô cơ của phân bao gồm các chất khoáng đa lượng chứa Ca, P…và các nguyên tố vi lượng hay các kim loại nặng như Cu, Fe, Pb, Co, Mn, Mg, có trong khẩu phần thức ăn gia súc, do không được tiêu hóa nên không được thải ra. Nước : Là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất trong phân. Chúng chiếm từ 65 – 80% trọng lượng tươi của phân chính, do hàm lượng nước cao, trong điều kiện có hàm lượng các chất hữu cơ cao, cho nên phân là môi trường tốt cho vi sinh vật phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất hữu cơ, tạo nên các sản phẩm có thể gây độc cho môi trường.
Dư lương của thức ăn bổ sung cho gia súc gia cầm : chúng bao gồm thuốc kích thích tăng cường các hormone hay dư lương kháng sinh. Các men tiêu hóa của bản than gia súc : chủ yếu là các enzyme đường tiêu hóa sau khi sử dụng bị mất hoạt tính và được thải ra ngoài… Các mô và chất nhờn : tróc ra từ niêm mạc đường tiêu hào của vật nuôi. Các thành phần tay : từ môi trường thâm nhập vào thức ăn trong quá trình nuôi dưỡng gia súc như đất, đá, cát, bụi. Các yếu tố gây bệnh sinh học : như các vi khuẩn hay kí sinh trùng bị nhiễm trong đường tiêu hóa gia súc hay trong thức ăn.
Chế độ dinh dưỡng của vật nuôi thường tỉ lệ tiêu hóa thức ăn của vật nuôi thấp nên một phần lớn chất dinh dưỡng trong thức ăn bị thải ra ngoài theo phân và nước tiểu. Khi thay đổi thành phần khẩu phần, thành phần và tính chất của các chất như khoáng, protein, cacbonhydrat, các chất bổ sung chứa kích tố, kháng sinh các enzyme thay đổi dẫn tới nồng độ các thành phần này trong phân hay các sản phẩm phân giải của phân cũng thay đổi. Đây chính là cơ sở để ngăn ngừa ô nhiễm từ chăn nuôi thông qua việc điều chỉnh chế độ dinh dưỡng, tăng cường quá trình tích lũy trong các sản phẩm chăn nuôi, giảm bài tiết qua phân. Sinh viên thực hiện: Trần Đăng Thiên Người hướng dẫn: Ts.
Hồ Trần Anh Ngọc 4 Tính toán thiết kế hầm sinh khí biogas sử dụng phân chuồng công suất 300 con lợn và ứng dụng khí biogas chạy máy nổ Bảng 1.
