Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong nhiều thập niên qua, tình trạng ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất nông nghiệp và chăn nuôi gia súc, gia cầm gia tăng đã trở thành một thách thức nghiêm trọng đối với công tác bảo vệ môi trường nông thôn. Chất thải chăn nuôi nếu không được thu gom và xử lý đúng kỹ thuật sẽ phát sinh nguồn dịch bệnh nguy hại, chứa các hợp chất hữu cơ, nitơ, axit photphoric gây ô nhiễm nguồn nước mặt cũng như nước ngầm. Quá trình phân hủy tự nhiên của phân thải ngoài môi trường tạo ra các khí phát thải có mùi hôi thối như amôniắc ($NH_3$), hyđrosunfua ($H_2S$) và khí mêtan ($CH_4$), làm gia tăng hiện tượng hiệu ứng nhà kính và biến đổi khí hậu toàn cầu.

Trước thực trạng đó, công nghệ khí sinh học (biogas) được ứng dụng nhằm giải quyết đồng thời hai nhiệm vụ: xử lý triệt để chất thải chăn nuôi nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thu hồi nguồn năng lượng sạch phục vụ sinh hoạt hộ gia đình (đun nấu, thắp sáng, vận hành máy phát điện). Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống Biogas cung cấp cho hộ gia đình công suất $10\text{ m}^3$" của tác giả Trần Tuyết Hạnh (ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, chuyên ngành Hóa dầu, Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu) tập trung nghiên cứu giải pháp thiết kế hầm ủ vật liệu composite kết hợp hệ thống làm sạch khí sinh học quy mô gia đình.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về công nghệ biogas, cơ chế phân hủy kỵ khí và các mô hình hầm sinh khí phổ biến hiện nay.
  2. Thiết kế một hệ thống tạo khí biogas hoàn chỉnh cho quy mô hộ gia đình với công suất hầm ủ $10\text{ m}^3$ bằng vật liệu composite.
  3. Tính toán thiết kế các thiết bị xử lý khí sinh học, bao gồm tháp hấp phụ tách $H_2S$ bằng phoi sắt và tháp hấp thụ tách $CO_2$ bằng nước nhằm nâng cao chất lượng khí cháy.
  4. Dự đoán khả năng làm việc và hiệu quả ứng dụng của hệ thống khi đưa vào điều kiện vận hành thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tạo khí và xử lý khí biogas quy mô gia đình, chất thải chăn nuôi lợn và các quá trình truyền khối (hấp phụ, hấp thụ) trong xử lý khí sinh học.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế công nghệ và tính toán kích thước thiết bị cho hầm biogas dung tích $10\text{ m}^3$ (đáp ứng quy mô chăn nuôi khoảng 20 con lợn), thực hiện tại Trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu trong thời gian từ ngày 22/03/2012 đến ngày 12/07/2012.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết quá trình lên men kỵ khí

Công nghệ sản xuất biogas dựa trên quá trình phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ dưới tác động của hệ vi sinh vật trong môi trường không có oxy. Quá trình lên men tạo khí mêtan diễn ra qua 3 giai đoạn nối tiếp:

  • Giai đoạn 1 (Giai đoạn thủy phân): Dưới tác dụng của men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra (như Clostridium thermocellum, các vi khuẩn Gram âm không sinh bào tử), các hợp chất hữu cơ phức tạp như xenluloza, tinh bột, protein, lipit bị phân cắt thành các chất đơn giản hơn tan được trong nước như đường đơn, peptit, axit amin, glyxerin, axit béo.
  • Giai đoạn 2 (Giai đoạn hình thành axit - pha acid): Nhờ vi khuẩn axetat hóa (acetogenic bacteria), các sản phẩm thủy phân tiếp tục chuyển hóa thành các axit hữu cơ có phân tử lượng thấp ($CH_3COOH$, $C_2H_5COOH$, $C_3H_7COOH$), làm pH môi trường giảm xuống dưới 5.
  • Giai đoạn 3 (Giai đoạn hình thành khí Metan): Các vi khuẩn sinh mêtan (Methanobacterium thermoaceticum, Methanosarcina barkeri...) chuyển hóa axit axetic, hydro và khí cacbonic thành khí mêtan theo các phản ứng chính: $$\text{CO}_2 + 4\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$$ $$\text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CH}_4 + \text{CO}_2$$

Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình lên men bao gồm:

  • Điều kiện kỵ khí: Yêu cầu kỵ khí tuyệt đối; oxy hòa tan là chất ức chế và tiêu diệt vi khuẩn sinh mêtan.
  • Nhiệt độ: Vi sinh vật ưa ấm hoạt động tối ưu ở khoảng nhiệt độ $30 - 45^\circ\text{C}$ (lý tưởng ở $35^\circ\text{C}$); vi sinh vật chịu nhiệt hoạt động ở $50 - 55^\circ\text{C}$. Khi nhiệt độ dưới $10^\circ\text{C}$, quá trình sinh khí hầu như ngừng trệ.
  • Độ pH: Phạm vi hoạt động thích hợp từ 6,5 đến 8,5; khoảng tối ưu nhất là 6,8 đến 7,5.
  • Đặc tính nguyên liệu: Hàm lượng chất khô tối ưu cho phân giải chất thải động vật là 7 – 9% (tỷ lệ pha loãng 1 – 3 lít nước cho 1 kg phân tươi). Tỷ số Cacbon/Nitơ ($C/N$) tối ưu trong nguyên liệu nạp là 30/1.

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

Tác giả đã áp dụng các phương pháp nghiên cứu chuyên ngành kỹ thuật hóa học:

  • Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu: Khảo sát các tài liệu chuyên ngành về khí sinh học, công nghệ hóa dầu, các mô hình hầm biogas truyền thống và hiện đại.
  • Phương pháp khảo sát thực tế: Khảo sát các thông số phát thải chất thải chăn nuôi lợn, nhu cầu sử dụng khí đốt của hộ gia đình nông thôn.
  • Phương pháp phân tích và tính toán kỹ thuật: Áp dụng các phương trình cân bằng vật chất, phương trình truyền khối, chuẩn số Reynolds ($Re$), Sherwood ($Sh$), Schmidt ($Sc$) để tính toán đường kính, chiều cao lớp đệm của tháp hấp phụ $H_2S$ và tháp hấp thụ $CO_2$.
  • Nguồn dữ liệu thực nghiệm và tiêu chuẩn: Số liệu kiểm định cơ lý vật liệu composite của Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 1 (Phiếu thử nghiệm số 09/0349/TN3 - CS ngày 15/04/2009); số liệu định mức phát thải khí của Chương trình Hợp tác Nông nghiệp Biogas Thái Lan – Đức.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Quy trình công nghệ tổng thể

Hệ thống xử lý chất thải và làm sạch biogas bao gồm 5 cụm thiết bị chính được bố trí theo dây chuyền công nghệ liên tục:

  1. Bể lắng cát: Thu gom phân tươi từ chuồng trại, thực hiện lắng lọc sơ bộ tạp chất vô cơ (cát, sỏi, đá) trước khi dẫn vào hầm ủ.
  2. Hầm biogas composite $10\text{ m}^3$: Thiết bị phản ứng kỵ khí dạng hình cầu, thực hiện quá trình lên men phân giải chất hữu cơ tạo hỗn hợp khí sinh học thô.
  3. Tháp hấp phụ $H_2S$: Thiết bị dạng trụ đứng chứa lớp chất hấp phụ là hỗn hợp phoi sắt oxy hóa trộn mùn cưa nhằm tách loại tạp chất khí $H_2S$.
  4. Tháp hấp thụ $CO_2$: Thiết bị rửa khí bằng dung môi nước nhằm hấp thụ khí $CO_2$, nâng cao hàm lượng $CH_4$ và nhiệt trị của khí nhiên liệu.
  5. Bể chứa chất thải: Tiếp nhận dịch thải và bùn cặn hữu cơ sau lên men để sử dụng làm nguồn phân bón giàu dinh dưỡng cho cây trồng.

Tính toán kết cấu và kích thước hầm biogas composite $10\text{ m}^3$

Hầm được thiết kế dạng hình cầu bằng vật liệu composite nhằm phân bố đều ứng suất áp lực khí lên thành vỏ, đảm bảo độ kín khí và độ bền cơ học cao. Tổng thể tích thiết kế thực tế của hầm là $10,54\text{ m}^3$, đường kính trong $D = 2,4\text{ m}$ ($R = 1,2\text{ m}$), chia làm 4 bộ phận cấu tạo chính:

  • Hầm ủ (nửa bán cầu dưới): Chứa dịch phân giải kỵ khí, thể tích tính toán $V_1 = 3,92\text{ m}^3$.
  • Bầu tích khí (nửa bán cầu trên): Lưu trữ lượng khí sinh ra, có hai phần khuyết liên kết với cột điều áp; thể tích chứa khí thực tế $V_2 = 3,50\text{ m}^3$.
  • Cột điều áp cửa nạp (hình trụ đứng): Đường kính $0,77\text{ m}$ ($R = 0,38\text{ m}$), chiều cao $1,57\text{ m}$, thể tích $V_{cv} = 1,42\text{ m}^3$.
  • Cột điều áp cửa tháo bã (hình trụ đứng): Đường kính $0,91\text{ m}$ ($R = 0,45\text{ m}$), chiều cao $1,57\text{ m}$, thể tích $V_{cr} = 1,70\text{ m}^3$.
  • Hệ thống đường ống dẫn: Đường ống nạp phân và xả bã sử dụng ống nhựa PVC $\phi 110$; ống dẫn khí sinh học sử dụng ống nhựa mềm PE $\phi 20$ màu đen kháng tia cực tím, lắp đặt chếch một góc $45^\circ$ so với phương ngang và bố trí trên cao để tránh tắc nghẽn do hơi nước ngưng tụ.

Tính toán thiết bị xử lý khí

  • Tháp hấp phụ tách $H_2S$:
    • Vật liệu chất hấp phụ: Phoi sắt đã oxy hóa bề mặt thành các oxyt sắt ($FeO$, $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$) phối trộn với mùn cưa (độ ẩm 30%) theo tỷ lệ thể tích $1:4$.
    • Khối lượng phoi sắt sử dụng: $32,59\text{ kg}$; tổng thể tích lớp đệm hấp phụ: $0,063\text{ m}^3$.
    • Kích thước thiết bị: Tháp bằng nhựa PVC có đường kính trong $D = 0,2\text{ m}$ (đường kính ngoài $D_n = 0,216\text{ m}$, độ dày thành ống $8\text{ mm}$); chiều cao tính toán $1,56\text{ m}$, chọn hệ số dự trữ 10% cho chiều cao thực tế $H = 1,8\text{ m}$.
    • Chế độ vận hành: Lưu lượng khí biogas nạp vào $0,74\text{ m}^3/\text{h}$ ($0,721\text{ kg/h}$), tốc độ dòng khí qua tháp $\omega = 0,7\text{ m/s}$, thời gian hấp phụ của một chu kỳ đạt $4\text{ giờ}$, trở lực của tháp qua lớp đệm là $0,3\text{ mbar}$.
  • Tháp hấp thụ tách $CO_2$:
    • Thông số công nghệ: Lưu lượng khí vào $0,7\text{ m}^3/\text{h}$, nhiệt độ khí vào $30^\circ\text{C}$, nhiệt độ dung môi nước rửa $25^\circ\text{C}$, áp suất làm việc $1\text{ atm}$, hiệu suất xử lý $CO_2$ đạt 90%.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này phân tích tính cấp thiết của đề tài trong bối cảnh ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi tại Việt Nam. Tác giả trình bày mục tiêu xây dựng mô hình xử lý chất thải kết hợp thu hồi khí sinh học công suất $10\text{ m}^3$ cho hộ gia đình nuôi khoảng 20 con lợn. Chương 1 nêu rõ các ưu điểm của nhiên liệu biogas: giảm phát thải khí nhà kính $CO_2$; hàm lượng hợp chất lưu huỳnh thấp ($<0,001%$ so với $0,2%$ trong dầu Diesel); không chứa hydrocacbon thơm gây độc hại; có khả năng tự phân hủy sinh học nhanh trong môi trường nước ($85 - 88%$ sau 28 ngày); đồng thời mang lại giá trị kinh tế nhờ cắt giảm chi phí nhiên liệu đốt và phân bón thương phẩm.

Chương 2: Tổng quan về công nghệ Biogas

Nội dung chương 2 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về thành phần, tính chất vật lý của khí sinh học và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men kỵ khí. Tác giả tiến hành so sánh đặc tính sinh khí của nhiều nguồn phân thải nông nghiệp và đánh giá ưu, nhược điểm của các mô hình hầm biogas đang tồn tại trên thực tế:

Loại nguyên liệu Hàm lượng chất khô (%) Tỷ lệ C/N Sản lượng khí sinh ra (lít/kg) Tổng lượng khí trung bình (lít/ngày/con)
Phân bò 18 – 20 15 – 20 24 – 25 470
Phân trâu 16 – 18 18 – 25 24 – 25 470
Phân lợn 24 – 33 12 – 13 40 – 60 130
Phân gia cầm 25 – 50 5 – 15 50 – 60 1,925
Phân người 20 – 34 2,9 – 10 60 – 70 16,9
Bèo tây tươi 4 – 6 12 – 25 0,3 – 0,5 —
Rơm rạ khô 80 – 85 48 – 117 1,5 – 2,0 —

Chương 2 phân tích 6 kiểu mô hình hầm: hầm vòm cố định, hầm nắp di động, hầm kiểu túi dẻo, hầm sinh nhiệt kiểu nước ngoài, hầm nạp theo mẻ và hầm composite. Trên cơ sở đối chiếu các chỉ tiêu kỹ thuật, tác giả lựa chọn vật liệu composite nhờ các đặc tính cơ lý đã được kiểm định:

Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Phương pháp thử nghiệm Kết quả kiểm định
Độ bền kéo đứt $\text{N/cm}^2$ ISO 527: 1997 10.421
Độ bền uốn $\text{N/mm}^2$ ISO 178: 2000 192
Độ bền va đập $\text{kJ/m}^2$ ISO 179: 2001 90,11

Vật liệu composite mang lại nhiều ưu điểm vận hành: thời gian lắp đặt nhanh (2 đến 3 giờ), lên khí gas sau 7 ngày nạp phân, khả năng tự động phá váng 100% theo nguyên lý phân ly tỷ trọng và tự cân bằng áp suất, áp suất khí sinh ra đạt từ 12 đến 25 kPa (cao gấp 2 đến 3 lần so với hầm xây gạch cùng dung tích), độ kín tuyệt đối không bị rò rỉ khí qua các mao dẫn như bể bê tông.

Chương 3: Thiết kế hệ thống Biogas gia đình

Chương 3 trình bày toàn bộ các bước tính toán chi tiết về kích thước hình học hầm ủ và hệ thống thiết bị lọc khí. Hệ thống được thiết kế dựa trên quy mô chăn nuôi 20 con lợn thịt, sản sinh lượng khí $4 - 5\text{ m}^3/\text{ngày}$. Tác giả thiết lập bảng cân bằng vật chất trước và sau khi khí đi qua tháp hấp phụ $H_2S$:

Cấu tử khí Thành phần trước khi lọc (% thể tích) Thành phần sau khi lọc H₂S (% thể tích)
Mêtan ($\text{CH}_4$) 69,330 73,243
Hyđrosunfua ($\text{H}_2\text{S}$) 5,320 0,270
Cacbonic ($\text{CO}_2$) 20,630 23,092
Nitơ ($\text{N}_2$) 1,000 1,071
Oxy ($\text{O}_2$) 1,550 0,000
Oxyt cacbon ($\text{CO}$) 0,100 0,107
Hơi nước ($\text{H}_2\text{O}$) 0,100 0,107
Hydro ($\text{H}_2$) 1,970 2,110
Tổng cộng 100,000 100,000

Chương này cũng mô tả chi tiết phản ứng hóa học của quá trình hấp phụ $H_2S$ trên lớp oxyt sắt và phản ứng tái sinh vật liệu khi tiếp xúc lại với oxy không khí: $$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{Fe}_2\text{S}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$ $$\text{FeO} + \text{H}_2\text{S} \rightarrow \text{FeS} + \text{H}_2\text{O}$$ Phản ứng hoàn nguyên phoi sắt: $$\text{Fe}_2\text{S}_3 + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{S}$$ $$\text{FeS} + \text{O}_2 \rightarrow \text{FeO} + \text{S}$$

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả tính toán thiết kế của đồ án, khẳng định tính khả thi của hệ thống biogas composite $10\text{ m}^3$ phục vụ nhu cầu năng lượng hộ gia đình nông thôn và kiến nghị nhân rộng mô hình gắn liền với các biện pháp quản lý an toàn khí đốt.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  • Xác lập thông số hình học hoàn chỉnh cho hầm biogas composite $10\text{ m}^3$: Tổng dung tích thực tế đạt $10,54\text{ m}^3$, đường kính $2,4\text{ m}$, đáp ứng tải lượng chất thải của 20 con lợn với sản lượng khí sinh ra ổn định $4 - 5\text{ m}^3/\text{ngày}$.
  • Hiệu quả xử lý khí thô vượt trội: Tháp hấp phụ $H_2S$ bằng phoi sắt oxy hóa phối trộn mùn cưa ($H = 1,8\text{ m}$, $D = 0,2\text{ m}$, khối lượng Fe $32,59\text{ kg}$) làm giảm nồng độ $H_2S$ từ $5,32%$ xuống còn $0,27%$. Hiệu suất khử $H_2S$ đạt trên $99,4%$ trong tuần đầu tiên và duy trì trên $98%$ sau 1 tháng vận hành liên tục (thời gian sử dụng trung bình 4 giờ/ngày).
  • Nâng cao chất lượng khí cháy: Hàm lượng khí mêtan ($CH_4$) được nâng từ $69,33%$ trong khí thô lên $73,243%$ sau tháp hấp phụ và tiếp tục tăng tỷ lệ phần mol sau khi đi qua tháp hấp thụ tách $CO_2$ với hiệu suất 90%.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng vật liệu composite đúc sẵn dạng cầu thay thế hoàn toàn cho bể xây gạch truyền thống nhằm khắc phục triệt để hiện tượng nứt vỡ, rò rỉ khí và đóng váng bề mặt.
  • Tận dụng phoi sắt phế liệu từ các xưởng cơ khí và mùn cưa nông nghiệp làm vật liệu lọc $H_2S$ giá rẻ, có thể tái sinh hoàn nguyên từ 3 đến 5 lần bằng phương pháp phơi ngoài không khí.
  • Bố trí đường ống dẫn khí PE $\phi 20$ treo trên không và nghiêng $45^\circ$ để loại bỏ hiện tượng đọng nước ngưng gây cản trở áp lực khí.

Đóng góp về mặt khoa học và thực tiễn

  • Cung cấp tài liệu tính toán công nghệ chi tiết, tích hợp đồng bộ giữa khâu phân hủy kỵ khí tạo khí và khâu xử lý tinh chế khí sinh học quy mô nhỏ.
  • Đề xuất giải pháp kỹ thuật tái sử dụng chất thải rắn cơ khí (phoi sắt) vào xử lý chất thải khí nông nghiệp, giảm phát thải khí nhà kính và đáp ứng các tiêu chuẩn vệ sinh môi trường nông thôn.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế về chi phí đầu tư ban đầu: Hầm biogas bằng vật liệu composite có giá thành gia công và chế tạo ban đầu cao hơn so với mô hình hầm xây bằng gạch hoặc túi nilon dẻo.
  • Hạn chế trong quá trình tái sinh vật liệu lọc: Việc gia tốc quá trình tái sinh phoi sắt bằng phương pháp đốt nhiệt trong 15 phút sẽ phát sinh khí thải lưu huỳnh đioxit ($SO_2$) gây ô nhiễm không khí cục bộ nếu không được kiểm soát. Số chu kỳ tái sinh phoi sắt bị giới hạn từ 3 đến 5 lần trước khi suy giảm hoạt tính hoàn toàn.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu tối ưu hóa thiết bị tái sinh lớp đệm phoi sắt khép kín không phát sinh khí $SO_2$; mở rộng tính toán hệ thống điều áp tự động cấp khí cho máy phát điện công suất lớn hơn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên: Thuộc các ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Kỹ thuật Môi trường, Kỹ thuật Năng lượng tái tạo làm tài liệu học tập cho các học phần Thiết kế thiết bị truyền khối, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học, Xử lý chất thải chăn nuôi.
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật: Tham khảo phương pháp tính toán cân bằng vật chất, xác định trở lực đệm, động lực học hấp phụ logarit ($\Delta C_{ylg}$) và thiết kế kết cấu hầm ủ composite ứng dụng trong các dự án phát triển nông thôn.
  • Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất: Toàn bộ Chương 3 với hệ thống công thức tính toán thủy lực tháp chêm, chuẩn số truyền khối và phương trình cân bằng hấp phụ tách $H_2S$.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao tác giả lựa chọn hầm biogas composite đường kính 2,4 m cho quy mô hộ gia đình?
Theo tính toán định mức chất thải từ Chương trình Biogas Thái Lan – Đức, một hầm composite dung tích $10\text{ m}^3$ tương ứng đường kính $2,4\text{ m}$ phù hợp nhất với quy mô chăn nuôi khoảng 20 con lợn thịt, cung cấp sản lượng khí ổn định từ $4 - 5\text{ m}^3/\text{ngày}$, đủ đáp ứng các nhu cầu đun nấu, thắp sáng và chạy thiết bị điện trong gia đình.

2. Thành phần và tỷ lệ phối trộn của lớp đệm lọc khí $H_2S$ trong tháp hấp phụ là bao nhiêu?
Lớp đệm lọc gồm phoi sắt đã được oxy hóa bề mặt (tạo hỗn hợp $FeO$, $Fe_2O_3$, $Fe_3O_4$) phối trộn với mùn cưa có độ ẩm khoảng 30% theo tỷ lệ thể tích là $1:4$ (1 phần phoi sắt : 4 phần mùn cưa). Tổng khối lượng phoi sắt sử dụng trong tháp là $32,59\text{ kg}$.

3. Khả năng tách lọc khí $H_2S$ của thiết bị đạt hiệu suất như thế nào theo thời gian?
Nồng độ $H_2S$ trong khí sinh học giảm từ $5,32%$ (trước lọc) xuống còn $0,27%$ (sau lọc). Khả năng khử $H_2S$ của lớp phoi sắt đạt trên $99,4%$ sau 1 tuần đầu sử dụng (với chế độ vận hành trung bình 4 giờ/ngày) và vẫn duy trì hiệu suất trên $98%$ sau 1 tháng hoạt động. Phoi sắt có thể tái sử dụng từ 3 đến 5 lần.

4. Cấu tạo hầm biogas composite tự động phá váng và điều hòa áp suất dựa trên nguyên lý nào?
Hầm có kết cấu dạng hình cầu liên kết với hai cột điều áp hình trụ đứng ở cửa nạp và cửa tháo bã thông xuống hầm ủ bằng lỗ hình elip. Cấu trúc này giúp bể tự động phá váng 100% dựa trên sự phân ly khối lượng riêng giữa các pha và sự tự cân bằng chênh lệch áp suất khí sinh ra trong hầm (đạt áp suất 12 – 25 kPa), tự đẩy bã thải ra ngoài mà không cần mở nắp lau dọn thủ công.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Trần Tuyết Hạnh đã hoàn thành đầy đủ các nội dung thiết kế kỹ thuật hệ thống biogas hộ gia đình công suất $10\text{ m}^3$ bằng vật liệu composite. Công trình đã giải quyết tốt bài toán cân bằng vật chất và tính toán chi tiết kích thước cho hệ thống làm sạch khí hai cấp gồm tháp hấp phụ $H_2S$ và tháp hấp thụ $CO_2$, nâng cao hàm lượng $CH_4$ phục vụ sinh hoạt. Kết quả nghiên cứu thể hiện tính ứng dụng thực tiễn cao, góp phần xử lý triệt để ô nhiễm chất thải chăn nuôi và thúc đẩy phát triển nguồn năng lượng tái tạo tại khu vực nông thôn.