Sản xuất điện cung cấp cho hộ gia đình từ biogas dương toàn hiếu

| Phương án 1: Sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong kéo dyamo | phát điện hoặc làm nhiên liệu cho máy phát điện tạo điện sinh hoạt.... Dong thoi cting duge thay thế cho xă

DOAN THANH NIEN CONG SAN HO CHi MINH

BAN CHAP HANH TP HO CHi MINH

GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - EUREKA

LAN THU 12 NAM 2010

Tên công trình:

SAN XUẤT ĐIỆN CUNG CÁP CHO

HQ GIA DINH TU BIOGAS

LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU: KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

VJ[ã số công trìnÍt : - (Phau aay do BIC cấp thành gi)

66g 446

DOAN THANH NIEN CONG SAN HO CHi MINH

BAN CHAP HANH TP HO CHi MINH

CONG TRINH DU THI

GIẢI THƯỞNG SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HQC - EUREKA

LẦN THỨ 12 NĂM 2010

Tên công trình:

SAN XUAT ĐIỆN CUNG CAP CHO

HO GIA DINH TU BIOGAS

LINH VUC NGHIEN CUU: KY THUAT VA CONG NGHE

898%

1.2 Khái quát về Biogas S2 222222212211 1122122122121122112111221222221.21 1 3

1.3 Ứng dụng Biogas để sinh điện phục vụ chăn nuôi c con 4

Chương 2: CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẼ 5 525 2222112112212 ee 6

2.1 | Phương án 1: Sử dụng Biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong kéo dyamo

| phát điện hoặc làm nhiên liệu cho máy phát điện tạo điện sinh hoạt 6

2.2 Phương án 2: Sử dụng Biogas gia nhiệt cung cấp cho tuabin khí/hơi tạo điện

2.2.2 Tuabin hƠi L2 212221121113 132 11 HT HH2 HT tt Hà nu 10

Và {Go 0a ốc e 11

2.2.4 Ưu khuyết điểm chung à 2S 2n 222 112112227222 ree 11

2.3 Phương án 3: Sử dụng nhiệt hao phí từ các hoạt động sử dụng Biogas sinh ra

GOMg GN ce ccc ee eeeeeseceseeeeeneeeseneessccnsesescseseeesesssssesesisersensretaeeaeeneesas 12

2.4 Chọn phương án Sen nh Hà HH net ta Hơn 13

PHẢN 3: GIẢI QUYẾT VẤN ĐE che „14

Chương 3: THIẾT KÉ MÔ HÌNH BIOGAS SINH ĐIỆN - series 14

3.1 Giới thiệu S122 2 1v T nh HH KH Hàn HH HH HH xe 14

II ca 14

3.3 Thiết kế vả xây dựng hằm Biogas - Q22 1212222211222 reg 16

3.3.1 So sánh các mô hình hầm Biogas 0 nhe 17

3.3.1.1 Ham biogas của trung quốc: đại diện cho các loại hầm xây có nắp hình

3.3.1.2 Ham biogas nap vòm được cải tién 6 Viét Nam oo co 17

3.3.1.3 Tui biogas bang vat liéu chat dẻo/ túi ni — lông (Cô-lôm-bia) 19

3.3.1.4 Mô hình Biogas VACVINA cải tiễn n nnnrrrrrrrirree 19

c8 ng sẽ 19

3.3.1.4.2 Ưu điểm của hầm VACVINA cải tiên 0 S222, re, 20

3.3.2 Kỹ thuật xây dựng hầm biogas VACVINA cải tiến 20

3.3.2.1 Xác định thể tích hầm phân huý biogas c nen 21

3.3.2.2 Chuẩn bị vật liệu -2222222212222 22 rrrrrrrrrrrrrrrrree 23

3.3.2.3 Quy trình xây dựng và lắp đặt thiết bị ào cnseierrrrrrre 24

3.3.2.3.1 Xây dựng hầm phân huỷ - 0 nh HH ườế 24

3.3.2.3.2.1 Lắp đặt thiết bị đầu vào che 31

3.3.2.3.2.2 Lap dat thiét bi aU ra ccc cc 212221222 tt ga 32

HẲẢN 4: KÉT LUẬN ~ ĐỀ NGHỊ 22 222112155115 11 211111122101 2112121 errrea 54

HÂN 5: TÀI LIỆU THAM KHẢO n1 2n 21112122112121211112121 1111111111226 56

TÓM TẮT CÔNG TRÌNH

Hiện nay, Biogas được sử dụng đề làm chất đốt trong sản xuất và sinh hoạt hàng gay Dong thoi cting duge thay thế cho xăng/dầu làm nhiên liệu sử dụng cho động cơ hạy máy phát điện để góp phần tiết kiệm năng lượng trong sản xuất và bảo vệ môi

ường

lA A a át điên alee oe ba , me

Sủ dụng Biogas làm nhiên liệu thay thé cho động cơ inay phat điện là ti đụng

hực tiễn nhất trước tình trạng nguồn năng lượng điện và nhiên liệu xăng dầu đang khan iễm như hiện nay Ứng dụng này không chỉ được áp dụng ở khu vực nông thôn với

hững hộ chăn nuôi nhỏ lẻ mà còn được áp dụng ở các trang trại có quy mô lớn, chăn

tôi công nghiệp vì nó dựa trên nguồn nguyên liệu đôi dào từ quá trình sản xuất là các

hat thải hữu cơ

Trước yêu cầu bức thiết nêu trên, nhóm đã tìm hiểu và đưa ra đề tài nghiên cứu về

van dé str dung chat thải từ chăn nuôi sản xuất điện phục vụ cho sinh hoạt gia đình, chăn uôi, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện trong mùa khô Nhóm đã phát triển đề tài theo hướng ' Sản xuất điện cung cập cho hộ gia đình từ Biogas” Nghiên cứu của nhóm chỉ được

thực hiện trong phạm vi sản xuất điện từ Biogas lây chất thải trong chăn nuôi

Để sản xuất điện từ Biogas có rất nhiều phương pháp như sử dụng biogas thay thế

cho xăng/dâu để chạy động cơ đốt trong kéo máy phát điện, dùng biogas tạo nhiệt cho tuabin khi/hoi hoạt động kéo máy phát điện, dùng nhiệt lượng thừa từ việc sử dụng

biogas dé tạo điện, ., sau khi so sánh các ưu khuyết điểm của từng phương pháp, nhóm

đã quyết định chọn phương pháp dùng Biogas làm nhiên liệu để chạy động cơ đốt trong tạo ra điện

Khi đã có phương pháp thích hợp ta sẽ tìm hiểu để xây dựng một mô hình tối ưu nhất tùy theo quy mô sản xuất của từng hộ gia đình như số lượng gia súc gia cam dang

chăn nuôi, khối lượng chất thải, khôi lượng biogas được tạo ra, xử lý khi, thể tích hầm

2

Nghiên cứu của nhóm được thực hiện với mục đích tìm ra mô hình thích hợp nhất

ho điều kiện môi trường Việt Nam, có thể ứng dụng cho tất cả các hộ gia đình chăn nuôi

ay các trang trại có quy mô công nghiệp

Nghiên cứu góp phân giải quyết vân đề về môi trường và tài nguyên của nước ta

ũng như của thé giới là:

“ Giải quyết được lượng phân (hải, tránh gây ô nhiễm môi trường

"Tiết kiệm xăng dầu

A —- M , X A: ˆ A A \: A A A

"_ Tiết kiệm chỉ phí chăn nuôi cho nông dân, nâng cao đời sông nông thôn

PHAN 1: DAT VAN DE

Chương Í

TỎNG QUAN

.l Dat van de:

Nguồn điện Việt Nam được sản xuất chủ yếu từ thủy điện nên không đáp ứng

ược nhu cầu sử dụng điện trong mùa khô, gây khó khăn cho sản xuất, chăn nuôi, trồng

rọt, sinh hoạt hộ gia đình

, A > # A ˆ yr ~ kì x ` À ` + , A Trước vêu cầu bức thiết nêu trên, nhóm đã tìm hiểu và đưa ra đề tài nghiên cứu về

van dé str dung chat thải từ chăn nuôi sản xuất điện phục vụ cho sinh hoạt gia đình, chăn

nuôi, đáp ửng nhu câu sử dụng điện trong mùa khô

Từ đó nhóm đã phát triển để tài theo hướng “ Sản xuất điện cung cấp cho hộ gia

đình từ Biogas” Nghiên cứu của nhóm chỉ được thực hiện trong phạm vị sản xuất điện từ

Biogas lấy chất thải trong chăn nuôi Hướng phát triển của để tài này là sẽ sử dụng chất thải từ người để sản xuất điện

1.2 Khái quát về Biogas:

Biogas là nhiên liệu tái sinh được sản xuất từ chất thải hữu cơ Nước thải và chất thải trong sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi và sinh hoạt của con người dưới dạng chất hữu cơ sẽ bị phân hóa nhanh trong điều kiện khí hậu nóng âm đo tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yêm khí, trong đó thành phân chủ yêu là khí Mêtan ( CH¡ ) Nếu không được kiểm soát chúng sẽ làm ô nhiễm đến môi trường ( nước, dat dai, khong khi ) Ngược lại nếu các chất thải xử ly hợp lý sẽ tạo ra một nguồn năng lượng hữu ích, phục vụ đời sông con người Sau khi lọc các tạp chất có hại, đặc biệt là H;S, biogas có thể được dùng làm nhiên liệu cho việc đun nấu và thay thé xăng, dầu trong động cơ như khí thiên nhiên Sử dụng biogas làm nhiên liệu không làm tăng nông độ chất khí gây hiệu ứng nhà kính trong khí quyền, góp phần hạn chế hiện tượng âm dẫn lên toàn cầu

4

inh học thu được chủ yếu là Metan ( chiếm tới 60 — 65%) và CO; ( tới 30 — 35%) được

àm sạch nang cao ty 1é CH, ding làm nhiên liệu và năng lượng

Hiện nay, chăn nuôi gia súc và gia cầm ở các vùng nông thôn đang chiêm một vị

ri quan trọng trong phát triển kinh tế hộ gia đình Song, bên cạnh đó, các biện pháp xử

ý chất thải chăn nuôi chưa được coi trọng, nên vẫn đề môi trường ở các khu vực nông

hôn đang phải đứng trước những thách thức lớn bởi tình trạng ô nhiễm ngày càng

\ghiêm trọng hơn,

Để thúc đây mạnh mẽ sự tham gia của các hộ gia đình nông dân vào việc ứng

dụng công nghệ biogas nhằm xử lý chất thải chăn nuôi, tạo khí đốt phục vụ sinh hoạt và

bảo vệ môi trường thì điều cần thiết nhất là cần phải có một mô hình công nghệ phù hợp

Với những điều I kiện phát triển kinh tế và xã hội của nông thôn V tệt Nam Do vậy, việc

hiết kế các mô hình với các đặc tính kỹ thuật, sự vận hành, chu trình phân huỷ vật chất

itu co, cau tạo và kỹ thuật thi công xây dung ham phan huy, túi chứa, đường dẫn phải

được xem xét và tính toán một cách tôi ưu

1.3 Ung dung Biogas để sinh điện phục vụ chăn nuôi:

Hiện nay, Biogas được sử dụng để làm chất đốt trong sản xuất và sinh hoạt hàng

ngày Đông thời cũng được thay thế cho xăng/dầu làm nhiên liệu sử dụng cho động cơ

chạy máy phát điện để góp phan tiết kiệm năng lượng trong sản xuất và bảo vệ môi

trường

Khí biogas có khả năng sinh điện, nhưng hiện nay, nguồn biogas & Việt Nam phân

tán rất nhiều, lượng biogas thừa không sử dụng hết trở thành nguồn phát thải chất khí gây

ra hiệu ứng nhà kính Trong khi nguôn điện phục vụ chăn nuôi sản xuất lại không ôn

định, nhiều cơ sở thiếu điện sản xuất, phải trang bị máy phát điện chạy xăng dầu rất tôn

kém

Trước tình hình chung của thé giới thì việc ứng dụng cộng nghé Biogas vao các

mô hình sản xuất nông nghiệp ở nước ta là nhu cầu cần thiết Sứ dụ ung Biogas lam n nhién

liệu thay thé cho động cơ máy phát điện là ứng dụng thực tiễn nhất trước tình trạng

nguồn năng lượng điện và nhiên liệu xăng dầu đang khan hiếm như hiện nay Ứng dụng

này không chỉ được áp dụng ở khu vực nông thôn với những hộ chăn nuôi nhỏ lẻ mà còn

được áp dụng ở các trang trại có quy mô lớn, chăn nuôi công nghiệp vì nó dựa trên nguồn

nguyên liệu dồi dào từ quá trình sản xuất là các chất thải hữu cơ

Ứng dụng này sẽ góp phần giải quyết hai vân đề lớn: giảm nông độ các chất ê ô

nhiễm bầu khí quyền, đặc biệt là khí CO; và bảo đảm an ninh năng lượng khi nguồn

nhiên liệu hóa thạch trong lòng đất ngày càng cạn kiệt

Nếu chăn nuôi có quy mô từ 50 con heo trở lên, sử dụng biogas dé chay may phat ién cỡ nhỏ sé tiét kiém duoc khoang 24 triéu đồng/năm Động cơ chạy bằng biogas CÓ

id bien 1m” biogas thành IKWh điện, góp phần làm giảm phát thai [kg khi CO, vao bâu

hí quyền

Việc sử dụng chất thải chăn nuôi tạo khí ga không những chủ động được nguồn điện thắp sáng để duy trì hoạt động sản xuất, kinh doanh mả còn giảm ô nhiễm Nhờ vậy, các hộ gia đình, trang trai cd ham khi biogas sẽ dé dang chuyển đổi loại khí này thành nhiên liệu chạy động cơ thay thế xăng và diesel, Qua thử nghiệm cho thay, 1 ham khi biogas trung bình có thể đủ chạy máy phát điện từ 2,5 — 5kVA

Ngoài Sử dụng Biogas lam nhién liệu cho động cơ đốt trong để kéo máy phát điện

ta còn các phương án khác được đem ra so sánh ở phân tiếp theo

PHẢN 2: MỤC TIỂU —- PHƯƠNG PHÁP

Chương 2

CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KE

1 Phương án 1: Sứ dụng Biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong kéo

dyamo phát điện hoặc làm nhiên liệu cho máy phát điện tạo điện sinh hoạt

Động cơ đốt trong là một loại động cơ nhiệt biến đổi nhiệt thành công để sử dụng

oại nhiên liệu thường sử dụng cho động cơ đốt trong là xăng hoặc là dau diezel Qua

rình đốt cháy nhiên liệu trong động cơ chính là nguyên nhân gây ra phát thải các chất ô

hiểm không khí như CO, CO;, bụi, NO, Đông thời trong các năm trở lại đây, g1ả xăng

âu tăng cao nên việc tìm ra nguồn nhiên liệu thay thế rất cần thiết Việc sử dụng biogas

àm nhiên liệu cho các loại động cơ đốt trong đang được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng

Ở nước ta

Việc chuyển đổi động cơ đốt trong chạy bằng xăng dầu sang chạy bằng biogas có

thế thực hiện được theo các phương án: Chỉ chạy bằng biogas hay có thể chạy bằng hai

nhiên liệu biogas/xăng và biogas/dâu

Khi chuyền sang dùng nhiên liệu biogas, máy chạy êm hơn, khí thải sạch hơn và

ông suất máy không thay đổi so với chạy bằng xăng dau Động cơ sử dụng biogas khi

ét nhiên liệu thì vẫn có thể sử dụng bằng xăng dầu hoặc nguồn thay thê tạm thời là gas

(nâu bếp) Sử dụng gas so với xăng/dầu tiết kiệm đến 30% chỉ phí

Dộng cơ xăng sử dụng nhiên liệu Diogas chỉ cần chuyển đổi bộ chế hòa khí của

máy - không ảnh hưởng đến cầu trúc chung của máy Khi cân sử dụng nhiên liệu xăng chỉ

cần lắp bộ chế hòa khí chạy xăng trở lại

Động cơ diesel sử dụng nhiên liệu biogas cũng tương tự như động cơ xăng nhưng

phải thay thé béc phun dâu băng bugi đánh lửa, IC và mobin đánh lửa dong DC dung

bình 12V

Cả 2 động cơ trên có thể sử dụng bộ điều tốc bằng tay có sẵn của máy hoặc bộ

điều tốc tự động điều khiển tốc độ động cơ để có được dòng điện ôn định tùy theo khả

năng tài chính

Uư điểm:

©- Dễ chuyển đổi từ các động cơ có sẵn

e Động cơ hoạt động êm hơn

e_ Tiết kiệm chỉ phí so với sử dụng xăng dâu

e Sự đồng nhất hoàn hảo của hỗn hợp gas — không khí tránh hiện tượng làm ướt

thành ông nạp, hiện tượng nay rat nhay cảm khi động cơ khởi động và khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp Điều này cho phép làm giảm mức độ phát sinh ô nhiễm từ 30 đến 80% so với động cơ nguyên thủy

Khuyết điểm:

e©_ Nếu khi không được xử lý tốt thì dễ gây ăn mòn nhanh hư hỏng động cơ

+ Do CÓ quá trình điều khiển đài va Cung cấp Bad liên tục, hạn chế kha nang

khéng ché tỷ lệ nhiên liệu với không khí đặc biệt là giai đoạn quả độ của động

cơ, công suất của động cơ có thể giảm từ 10 đến 20% so với động cơ cùng cỡ chạy bằng nhiên liệu lỏng do tôn thất lượng không khí nạp do khí gas chiêm chỗ

Phương án 2: Sử dụng Biogas gia nhiệt cung cấp cho tuabin khí/hơi tạo điện sinh hoạt

2.2.1 Tuabin khí:

Tuabin khí là môt động cơ nhiệt, biến doi nhiệt năng thành cơ năng Không khí được hút vào và nén lên áp suất cao nhờ một máy nén

Nhiên liệu biogas cùng với không khí này sẽ được đưa vào huồng đết để đật cháy

Khí chảy sau khi ra khỏi buồng đốt sẽ được đưa vào quay tuabin

Năng lượng cơ học của tuabin một phần sẽ được đưa về quay máy nén, một

phản khác đưa ra máy phát điện Đa số các tuabin Khí có một trục, một đầu là may

nén, một đầu là tuabin Dầu phía tuabin sẽ được nói với máy phát điện trực tiếp

hoặc qua bộ giảm tốc

Riêng mẫu tuabin khí dưới đây có 3 trục Trục hạ áp gồm máy nén hạ á ap va tuabin hạ áp Trục cao áp gồm máy nén cao áp và tuabin cao áp Trục thứ ba nối

tuabm lục với trục máy phát điện

Như vậy, năng lượng cơ của tua bin hạ áp chỉ quay máy nén hạ áp, và tuabin cao áp chỉ quay máy nén cao áp Năng lượng nhiệt dư sẽ đưa vào tuabin chính (tuabin lực) đê quay may phát điện

10

So với một loại động cơ nhiệt khác rat thông dụng là động co piston điển

hình là động cơ Diesel thì động cơ tuabm khí có nhiều điểm yêu hơn: công nghệ

chế tạo rất cao nên rất đắt (chí một vài nước có công nghệ tiên tiên chế tạo được động cơ này), có hiệu suất nhiệt động lực học thập hơn (khoảng 2/3 so với động cơ

Diesel) dẫn đến tính kinh tế kém hơn, hiệu suất giảm sút nhanh khi chạy ở chế độ

thấp tải Nhưng ưu điểm nồi bật của động cơ tuabin khí là cho công suất cực mạnh

với một khối lượng và kích thước nhỏ gọn: chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) của loại động cơ này lớn gấp hàng chục lần động cơ diesel

2.2.2 Tuabin hơi:

Tuabin hơi: Sức nóng là một đòng năng lượng nhiệt, năng lượng nhiệt có

thể chuyển đổi thành năng lượng cơ học Một tuabin hơi nước là phương tiện để

tiến hành sự chuyển đổi này Khi nước sôi, nó chuyển hoá thành hơi nước Hơi

nước mang nhiều năng lượng hơn nước lỏng Gia nhiệt cho nước trong một bình kin sé làm tăng áp suất hơi của nó Áp suất hơi tăng lên là do nhiệt được cung cấp vào nước Áp suất hình thành trong bình chứa cao hơn áp suất khí quyền, do vậy hơi nước có xu hướng giãn nở và thoát ra ngoài qua vòi phun Hơi nước được phun ra ngoài có vận tốc cao làm quay tuabin hơi Sau đó hơi nước được ngưng tụ

và say rồi đưa về lò hơi tiếp tục chu trình

lEPhờ ta 2tatiefrve Tải

SÀ Khử khí, sấy

Hình 2.4: Sơ đô tuabin hơi sinh điện

12

.3 Phương án 3: Sử dụng nhiệt hao phí từ các hoạt động sử dung Biogas sinh ra

dòng điện

Ở phương ản này ta vận dụng nghiên cứu mới nhất hiện nay của nhà vật lý Orest

ymko ở Đại học Ultah, Mỹ là sử dụng nhiệt thải từ việc nâu nướng, chạy động cơ đốt

rong bằng biogas hoặc sử dụng trực tiếp từ lò nhiệt được đốt nóng bởi khí biogas Thiết

¡ thu nhiệt sẽ lẫy nhiệt hao phí từ các hoạt động trên để làm nóng không khí trong một

y lanh hoặc một ống dẫn băng thủy tính, khi không khí được làm nóng sẽ di chuyến,

ông thời nó cũng tạo ra âm thanh tác động vào các bộ cảm ứng điện từ tạo ra dòng điện

ông nghệ này không gây ô nhiễm cũng không gây ra âm thanh ồn ào, âm thanh nó tạo ra

ể tác động vào bộ phận sinh điện chỉ là âm thanh rất nhỏ và ta có thể điều chỉnh được

hông qua đường kính vả chiêu dài ông dẫn Công nghệ này dựa trên hiện tượng phản ứng

ự nhiên của cơ thể con người, trước một ngoại lực tác động thì cơ thể sẽ tạo ra một dòng

| lên dựa trên sự rung động đưa lên các nơron thần kinh gây cảm giác đau hay phản xạ

Đây có thể được xem là công nghệ của Lương lai nhưng hiện giờ chỉ áp dụng được

ho các mô hình sản xuất lớn vì để sản xuất ra được lượng điện cần thiết phục vụ cho

Sinh hoạt thì cần một lượng nhiệt lớn như ở các nhà máy nhiệt điện, nhà máy hạt nhân,

đồng thời phải có thiết bị kỹ thuật tối tân, giá thành lại rất đắt nên rất khó để áp dụng

rộng rãi vào thực tẾ ở nước ta

Dựa vào những ưu khuyết điểm, tìm hiểu điều kiện và phạm vi ứng dụng cúa từng

hương án, dựa vào mục tiêu cần giải quyết đã để ra, ta chọn phương án I với khả năng ứng dụng cao nhất cùng với lợi ích kinh tế - xã hội rất lớn mà nó đem lại cho người sử

ung

Phương án 2 có ưu điểm vượt trội là công suất rat cao trong khi kích thước và

rọng lượng nhỏ gọn nhưng lại không kinh tế, hiệu suất thấp, đòi hỏi trình độ lắp ráp cao,

hó ứng dụng trong mô hình sản xuất nhỏ lẻ

Phương án 3 đang trong giai đoạn nghiên cửu và chỉ được ứng dụng trong phạm vi

kỹ thuật cao, các thiết bị sử dụng là vật liệu cao cấp, giá thành đắt

Sir dung biogas để chạy động cơ đốt trong góp phần giải quyết hai vẫn đề lớn của nhân loại hiện nay là tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường Phương án vừa thích hợp cho mô hình sản xuất nông nghiệp lẫn công nghiệp ở nước ta Chương tiếp theo sẽ trình

bày về các bước tính toán, thiết kế mô hình Biogas cơ bản nhưng mang tính tối ưu nhất

mà nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu được

Để có thể thiết kế một mô hình Biogas hoàn chỉnh ta phải tính toán đưa ra những

số liệu tối ưu nhất tùy theo quy mô chăn nuôi của từng đối tượng Có rất nhiều vấn đề ta

cần tìm hiểu trong công đoạn trước khi xây dựng như số lượng gia súc gia cầm đang chăn

uôi, khối lượng chất thải, khối lượng biogas được tạo ra, xử lý khí, thể tích hầm cần để

ạo ra lượng biogas đủ cho sinh hoạt chăn nuôi,

Ta lây mô hình hộ chăn nuôi trung bình là 50 con heo, giả sử l con heo cho ra 2kg

phân/ngày, ta thu được 100kg phân/ngày, l kg phân heo có khả năng tạo ra 40-50 lít khí

trong thời gian lưu 60 ngày Vậy theo công thức tính kích thước của hầm biogas: phân

ươi/ngày x SỐ gia súc x 2 (với bò) hoặc x 3 (với heo) x thời gian lưu giữ (45 - 60 ngày),

Ta có thé tinh được thể tích của hầm biogas là 18m” Với lượng khí được tạo ra từ hầm có

khả năng chạy động cơ 5kW kéo máy phát điện 3kW phục vụ cho các nhủ cầu chăn nuôi

như điều hòa nhiệt độ, thắp sáng, tưới tiêu, Phân sau thời gian lưu được đây ra ngoài

dùng làm phân bón cho cây trồng sau thời gian ủ

Sau khi tính toán sơ bộ như trên ta sẽ đi vào chi tiết từng thành phân của mô hình

theo các bước được trình bày dưới đây

Hệ thống máy phát điện chạy bằng biogas

1 Hẳm biogas 2 Lọc H2S 3 Túi chứa biogas

Hình 3.1: Sơ đồ cơ bản hệ thông sản xuất biogas sinh điện

Hình 3.2: Mô hình cơ bản của thiết kế Biogas sinh điện:

1 Đường phân vào hẳm

2 Đường khí thoát ra

16

3.3 Thiết kế và xây dựng ham Biogas:

Ham Biogas la thanh phan quan trong nhat quyết định đến toàn bộ mô hình Biogas

hên cần đáp ứng các điều kiện sau:

© Ham phải được thiết kế đơn giản và xây dựng dễ dàng, phù hợp với trình độ

của người thợ xây ở các vùng nông thôn, nhằm nhanh chóng nhân rộng mô

hình

e© Phải triệt tiêu hoàn toàn khả năng phát triển lớp váng trong ham phân huỷ,

nhằm đảm bảo sản xuất ga ồn định

e Ham phân huỷ phải có được tuôi thọ trung bình 20 năm trở lên

e _ Việc xây dựng hầm biogas đảm bảo tiết kiệm tối đa diện tích đất đai của các hộ

gia đình

e_ Việc vận hành sử dụng và duy trì hoạt động phải đơn giản

e_ Giá thành xây dựng phải phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ nông dân

Để thực hiện các ý tưởng trên, trong những năm gân đây trung tâm nghiên cứu &

phát triển cộng đồng nông thôn (thuộc hội làm vườn Việt Nam) đã tích cực theo đuôi một

chương trình nghiên cứu & phát triển biogas Bằng những cố gắng và nỗ lực của mình

trung tâm đã thành công trong việc cho ra đời một công nghệ mới với tên gọi: “Ham

biogas VACVINA cải tiến” Mô hình này được ra đời từ sự giao kết giữa các loại : mô

hình hầm xây có vòm cuốn của Trung Quốc, mô hình túi ủ biogas bằng chất dẻo Cô-lôm-

bia và mô hình bể phốt tự hoại nhằm kế thừa và phát huy các đặc tính tu việt của các loại

hằm nói trên, đồng thời tạo điều kiện cho công nghệ biogas phát triển bền vững

17

3.3.1 So sánh các mô hình hầm Biogas:

3% s + A x ` 1 Lễ A ^ z »

3.3.1.1 Ham biogas của trung fy = quốc: đại điện cho các loại hầm xây có nã

hinh vom cuon

Hình 3.3: Thiết bị khí sinh học nắp cô định

3.3.1.2 Hầm biogas nap vom được cải tiến ở Việt Nam:

Kiểu KTI: được ứng dụng tại những vùng có nền đất tốt, mực nước ngâm thâp, có thê đào sâu và diện tích mặt băng hẹp

Hình 3.5: Thiết bị khí sinh học nắp có định kiểu

Những hạn chế khi áp dụng vào điều kiện việt nam:

e_ Bản vẽ thiết kế phức tạp, thi công xây dựng khó khăn vì đòi hỏi

sự chính xác cao Do vậy việc phổ cập, nhân rộng mô hình rất

khỏ khăn

e Áp lực ga trong hầm lớn, nếu có một vết nứt nhỏ của hầm xuất

hiện trong quá trình sử dụng có thể làm cho ga bị thất thoát hoàn

toàn theo vét nứt đó

e Trong quá trình sử dụng lớp váng sinh học có thể xuất hiện và

phát triển gây khó khăn và trở ngại cho sự phân huỷ và tạo khí

sinh học trong ham

e Trong hầm phân huỷ thường xảy ra hiện tượng thiếu nước nếu bể điều áp xây không đúng quy cách

e _ Giá thành xây dựng cao

© Công trình còn chiếm nhiều diện tích đât đai trong khu vực đất

thổ cư của các gia đình

e _ Khó khăn trong việc xây dựng hâm biogas cho các trang trại lớn (trên 50 lợn)

Han ché:

e Dé bi thiing do cdc tac déng co hoc

e_ Dễ bị lão hoá dưới tác dụng của ánh nắng mặt trời

© Vi dat ntra chìm, nửa nỗi trên mặt đất nên túi biogas chiém dién tich

đất đai và gây khó khăn cho một số gia đình vùng ven đô thị không

có điều kiện áp dụng vì chật chội

3.3.1.4 Mô hình Biogas VACVINA cái tiến:

3.3.1.4.1 Sơ đồ tổng quát:

3.3.1.4.2

20

Ưu điểm của hằm VACVINA cải tiến:

Bê phân huỷ hình khối hộp chữ nhật (hoặc có thể có hình dạng

bất kỳ) giúp cho việc xây dựng đơn giản và dễ dàng

Nap ham có thể tận dụng làm nên chuông trại chăn nuôi gia súc,

đỡ tôn diện tích

Hỗ xí của gia đình có thể xây dựng ngay trên nắp hầm hoặc bên

canh ham và chất thải từ hỗ xí cũng được đưa luôn vào bề này

Do Vậy các gia dinh áp dụng loại hằm này không cần phải dầu tư

thêm việc xây hồ xí tự hoại

Áp lực ga thấp, túi dự trữ ga có thể thu toàn bộ ga từ bể phân huỷ tiện lợi và chủ động cho việc sử dụng ga để đun nấu hàng ngày

Việc nạp phân gia súc vào hầm cho phép thực hiện theo cách rơi

tự do từ một hệ thông ông si-phông vào hầm, cũng như chất thải

của người được nạp vào ham thông qua bệ xí bệt hoặc xí xốm vao ham dễ dàng và liên tục hàng ngày Do đó váng trong hầm phân huỷ không có điều kiện phát triển, khí biogas sản xuất trong

điều kiện ổn định

Giá thành xây dựng rẻ hơn nhiều (bằng gần 55% giá thành hằm

nắp vòm có cùng thể tích)

3.3.2 Kỹ thuật xây dựng hầm biogas VACVINA cải tiến:

Các thao tác kỹ thuật xây dựng một hằm biogas VACVINA cải tiến, gồm:

e Thiết kế hầm trên các địa hình khác nhau

e Kỹ thuật xây dựng hâm

se Kỹ thuật lắp đặt thiết bị cho hầm biogas VACVINA

e Quy trình vận hành và sử dụng hằm biogas VACVINA

21

3.3.2.1 Xác định thể tích hầm phân huỷ biogas:

Tuỳ theo lượng gia súc chăn nuôi của các gia đình nhiều hay ít

mà hằm phân huỷ cần được thiết kế lớn hay nhỏ cho phù hợp Tuy

nhiên, thể tích của hầm phân huỷ biogas được tính toán dựa vào một số

vấn để cơ bản có liên quan, gồm: lượng chất thải từ nguồn gia súc chăn

nuôi thường xuyên của hộ gia đình; Thời gian lưu tôi thiêu của chất

thải; Độ pha loãng của chất thải khi đưa vào ham phan huy (Ham lượng

TS ),

Ros + À a aL: ; ˆ ,

Thể tích của hâm phân huỷ biogas được xác định theo công thức

cơ bản sau đây:

Trong đó: Vụ, là thể tích của phần chứa khí trong hằm

Vạn là thể tích của phần chứa chất thải và nước trong ham

Vạ, =hS va S la dién tich mat bang ctia ham, tinh bang m7; h la

khoáng cách từ mặt dưới của nắp sàn tới mặt nước tĩnh trong ham, tinh

bang mét (m)

22

Với độ pha loãng tối ưu là 1:5 (một phần phân: 5 phần nước)

thay w = 5nL thì từ (1), (2) và (3) suy ra:

V= Vạy+ (5nL + nL)T = Vạ, + ốnLT

Cuối cùng V= V+ 6nLT (3)

là công thức để tính thể tích hầm biogas cho các trang trại nuôi heo

Trong đỏ: n là lượng heo nuôi thường xuyên trong gia đình (con)

L là lượng chất thải bình quân mỗi ngày từ 1 con heo

(lit/con.ngay)

T là thời gian lưu (ngày)

8 | Van, cut cal 15

11 | Midựtữ04$ đi 2

12 _| Sohdng dái 2

3.3.2.3

24

Quy trình xây dựng và lắp đặt thiết bị:

3.3.2.3.1 Xây dựng hầm phân huỷ:

3.3.2.3.1.1 Đào hố:

Xác định vị trí xây dựng ham:

Tuỳ theo địa hình của mỗi gia đình, ham co vi trí linh

hoạt để đảm bảo thích hợp nhất cho mỗi khu vực chăn nuôi

Do vậy hằm có thể bố trí bên cạnh chuồng hoặc ngay dưới

nền chuông trại; Hình dạng của hằm cũng có thể được thiết kế

linh hoạt theo địa hình

Đào hô:

Sau khi xác định xong vị trí xây dựng hầm, tiễn hành

đào hố Các kích thước của hồ cần được đào rộng hơn để việc

thi công được thuận lợi Các kích thước của hầm tuỳ thuộc

vào địa hình cụ thể nơi xây dựng hầm Tuy nhiên để việc đầu

tư xây dựng và vận hành tốt nhất ở quy mô hộ gia đình cần

lưu ý các kích thước sau: sâu tôi đa 3,0m; rộng từ 1,5m — 2m

còn chiều dài tuỳ thuộc vào thê tích thiết kế

£0.00

VAN

HN LÀN

Chủ ý: khi đào hỗ ở những nơi mực nước ngầm cao thì

phải tạo hỗ thu nước ngầm để thi công phần đáy (hình 3.9)

e Trai 1 lép soi hodc da dăm (2 x 3cm)

¢ D6 mot lép vita bé tong (ti lệ 1 xi măng : 2 cát vàng : 3

da) day 5cm

Chu y:

e© Tại những vùng đất yếu, lớp vữa bê tông đáy cần được

tăng cường một lưới cốt thép ÿ8/a = 20cm

A A A L tA , À À + t oA

® Nêu nên hâm có nhiêu nước ngâm cân hút nước liên tục trong quá trình thi công có thế dùng ni-lông lót đáy chỗng nước ngâm

Lớp vữa bé tông

26

3.3.2.3.1.3 Xây thành bê:

Sau khi nền bể đã được thi công hoàn chỉnh, tiến hành xây

thành bể Thành bể được xây theo quy phạm tường 10 (tường có

độ dầy l viên gạch) Tường được xây bằng gạch loại với vữa xi

măng cát với tỉ lệ pha trộn 1:4 (1 xi măng : 4 cát)

Vịt ấp thiếtbị Vi trip thiet bi

Hinh 3.11: Vi tri lap dat hé thong đầu vào, đầu ra

Chú ý: chừa các các lỗ kỹ thuật theo vị trí thiết kế để sau

nay lắp đặt các hệ thông đầu vào, đầu ra (hình 3 11)

e Vị trí lắp thiết bị đầu vào nằm ngay sát mép trên của bẻ,

có kích thước cao 30 cm rộng 25 cm có thể đặt ở nhiều vị trí khác nhau

e_ Vị trí lắp thiết bị đầu ra nằm cách mép trên của bề 30cm,

khi xây để sẵn một lỗ có kích thước cao 30 cm rộng 25

em