Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã an phú, huyện củ chi, thành phố hồ chí minh và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas

Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trước tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lượng khác nhau, nhất là năng lượng tái lập. Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có từ sự phân hủy rác hừu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc như trâu, bò, heo...đó chính là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas.Ớ nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đổi với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn.Riêng tại Củ Chi một huyện ngoại thành của Thành phố Hồ Chi Minh, có số đàn gia súc lớn nhất thành phố, trong đó xã An Phú được đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhất huyện với 15263 con heo, 2326 con bò. Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần một tông hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế. Các biện pháp kỹ thuật phô biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas; bế chứa phân: bón phân đã xử lý vào đất; sử dụng cây xanh đế hấp thu chất thải và sử dụng phân gia súc như một thành phần của thức ăn gia súc. Trong đó, xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triên hệ thống biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm.

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt,năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốcgia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu Trước tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhàkhoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lượng khác nhau, nhất là nănglượng tái lập Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có

từ sự phân hủy rác hừu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc như trâu, bò, heo đó chính

là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas

Ớ nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giảipháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiếtkiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn Nhu cầu sử dụng công nghệ biogascho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đổi với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợnvới quy mô lớn

Riêng tại Củ Chi - một huyện ngoại thành của Thành phố Hồ Chi Minh, có số đàngia súc lớn nhất thành phố, trong đó xã An Phú được đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhấthuyện với 15263 con heo, 2326 con bò Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần mộttông hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế.Các biện pháp kỹ thuật phô biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas; bếchứa phân: bón phân đã xử lý vào đất; sử dụng cây xanh đế hấp thu chất thải và sử dụngphân gia súc như một thành phần của thức ăn gia súc Trong đó, xây dựng hệ thống biogas

là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất Tuy nhiên trong quátrình xây dựng và phát triên hệ thống biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mởrộng quy mô còn chậm

Đe mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình biogas có hiệu quả thì công việc

nghiên cứu về biogas là rất quan trọng Vì vậy đề tài luận văn Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú, huyện Củ Chi, TP.HCM và đua ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ bìogas trong sản xuất trong nông nghiệp là rất cần thiết.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã An Phú huyện Củ Chi- TpHCM,những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng Từ đó đề xuấtnhững giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogastại địa phương

1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Các nội dung nghiên cứu của Luận văn bao gồm:

- Khảo sát và đánh giá hiện trạng sử dụng hầm ủ biogas xã An Phú huyện Củ TpHCM

Chi Đe xuất một sổ giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng

mô hình biogas tại địa phương

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp điều tra hằng câu hỏi

- Lập câu hỏi trong đó liệt kê đầy đủ các thông tin cần khảo sát về hoạt động chănnuôi ( loại gia súc, gia cầm, số lượng ), phương thức quản lý chất thải chăn nuôi(thải bỏ hoặc dùng làm phân bón hoặc xây dựng hầm biogas), tình hình sử dụnghầm ủ biogas ( loại hầm, thể tích, quá trình vận hành của hầm ủ)

- Đối tượng khảo sát: Các hộ chăn nuôi gia súc trên địa bàn

- Số phiếu khảo sát: 65 phiếu ( chi tiết nội dung phiếu điều tra được đính kèm ở phụlục)

1.4.2 Phương pháp phỏng vấn, tham khảo ỷ kiến

- Phỏng vấn trực tiếp một số hộ dân trên địa bàn Xã về hoạt động chăn nuôi và công tác ứng dụng xây dựng, vận hành hầm ủ biogas trong chăn nuôi

1.4.3 Phương pháp thu thập sổ liệu

- Thu thập và tham khảo số liệu thống kê của các co quan có liên quan:

❖ Chi cục thú y TpHCM

❖ Trung tâm nước sạch và VSMT nông thôn TpHCM

❖ Trang web ƯBND huyện Củ Chi: www.cuchi.hochiminhcity.gov.vn

1.5 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là xã An Phú huyện Củ Chi, TpHCM

1.6 Các kết quả đạt đưọc của đề tài

Đánh giá được sơ bộ tình hình sử dụng mô hình biogas tại xã An Phú huyện CủChi-Thành phố Hồ Chí Minh

Đưa ra giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas trong cộng đồng

1.7 Kết cấu của đồ án

Đe tài “Khảo sát tình hình sử dụng mô hình biogas tại xã An Phú huyện Củ TpHCM và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas” bao gồm những nội dung chínhnhư sau:

Chi-Tổng quan về công nghệ biogas

- Tống quan về xã An Phú huyện Củ Chi - TpHCM

Ket quả khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú huyện Củ TpHCM

Chi-Đe xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas

CHƯƠNG 2: TỎNG QUAN VÈ CÔNG NGHỆ BIOGAS

2.1 Tống quan công nghệ biogas trong nông nghiệp

2. / 1 Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình săn xuất bìogas

2.1.1.1 Đặc tỉnh chung của nguyên liệu

Biogas ( khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và các chấthữu cơ ( phụ phấm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí Vi sinh vật phân hủycác chất tông hợp và khí được sinh ra Biogas là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbondioxit, nitơ, hydro suníua

Chất thải của động vật ( phân, nước tiêu) trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồnnguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyến hóa sinh học đế tạobiogas Khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc, giacầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điếm chuồng trại và đặc điếm ngành của từng quốc gia.Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp Ân Độ, Napal, Việt Nam khối lượngphát sinh và thành phần tính chất của các loại chất thải được ước tính như sau:

Bảng 2.1: Ưóc lượng chất thải phát sinh từ động vật

Tại Ân Độ, hầu hết chất thải từ trâu bò được sử dụng làm biogas do thành phần này

có tính đồng nhất cao, tỷ lệ C:N của chất thải ở gần mức tối ưu ( 30:1), thuận lợi cho quátrình phân hủy sinh học Theo ước tính, mỗi ngày toàn Án Độc có khoảng 2 triệu tấn chấtthải phát sinh chủ yếu từ trâu bò Neu như chỉ có 1 nửa khối lượng này được sử dụng đểchuyển hóa thành biogas thì lượng khí sinh ra có mức năng lượng tương đương 80 triệutấn than đá Thành phần chất thải của bò ( tính theo phần trăm khối lượng) bao gồn tôngchất thải rắn (TS) là 17,63%; chất rắn bay hơi (VS) 13,65%; thành phần hữu cơ (OC)44,01%; tổng Nitơ 1,37%, tỷ lệ C:N =

32,1 và pH = 5,0

(b) Chất thải của lọn

Tỷ lệ C:N trong chất thải của lợn thấp hơn so với trâu bò, tỷ lệ này dao độngtrong khoảng 13-15:1 Do tỷ lệ C:N thấp nên đế tăng hiệu quả của quá trình sảnxuất biogas người ta thương bổ sung thêm một số thành phần khác trong nguồn nguyên liệu đầu vào của hầm ủ Thành phần hỗn hợp có thế bao gồm:

- 60% phân lợn, 20% phân người và 20% chất thải từ trồng trọt ( lá cây, cỏ cắt xén ); hoặc

- 60% phân lọn, 20% phân bò và 15% chất thải từ trồng trọt; hoặc

- 63% phân lợn, 25% phân bò và 12% phân gà

Bảng 2.2 Tính chất cua chất thải động vật

Loại chất thải TỷlệCrN % H 20 kgVS/con/ngày

Lít nướcthải/con/ngày

Bảng 2.3 Lượng chất thải phát sinh và tính chất ( tính trên 454 kg thịt sống)

Thành

phần

Đơn

vị

Bò cái Bê cái

318kg

182->318kg

Lợnthịt

Lợngiống Gà đẻtrứng

Gàgiò

Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher

Đổi với Việt Nam, một quốc gia có nền nông nghiệp là chính yếu, đặc điêm về chất thảigia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn, ngoại thành theo số liệu thống kê của Trung tâm Nướcsạch và Vệ sinh môi trường nông thôn - Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TpHCM nhưsau:

Khối lượng chất thải của động vật thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện chăn nuôi vàchuồng trại Lượng phân động vật sản xuất một năm ước tính theo bảng 2.4

Bảng 2.4 Khối lượng chất thải từ động vật

Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng ( nước tiểu của động vật, nướcdội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ đặc tính và tỷ lệ tương ứng các thành phầnnày theo đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào loại động vật,

Động vật

Tấn/năm (tínhtrên 454 kg thịtsống)

Hàm lượng Nitơ ( kg/năm/454 kg thịt sống)

Trong nước tiểu Trong phân Tổng

thức ăn, hình thức chuồng trại Rơm và cây cỏ thường được sử dụng để lót chuồng chứamột lượng lớn cacbon, đặc biệt là dạng xenlulo, một lượng nhở nitơ và khoáng chất Thànhphần protein trong phân cung cấp môi trường đủ chất dinh dường đê các vi sinh vật pháttriến.

Kết quả trên chỉ ra rằng, phân chuồng ở dạng tươi chứa khoảng 70-80% lượng nước,0,3-1,9% nitơ, 0,1-0,6% photpho và 0,3-1,2% Kali Vì thế cứ một tấn phân tươi, trung bình

sẽ có khoảng 180-270 kg chất thô; 3,5-5 kg N, 2-3 kg p205và 4-5 kg K20

2.1.1.2 Khả năng sản sinh bỉogas

Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbohydrat, xenlulo ( trừ dầukhoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas ( CH4, C02) Ba thànhphần chất hữu cơ nói trên, về lý thuyết, khi chuyên hóa thành biogas sẽ có sự khác nhau vềthành phần của CH4, C02, cụ thể được trình bày trong bảng 2.6

Bảng 2.5 Thành phần hóa học cùa một số loại phân từ động vật

Bảng 2.6 Thành phần CH4, C02 trong biogas sinh ra từ các hop chất hữa cơ

Tại Nepal, phân bò được sử dụng phổ biến làm nguyên liệu đầu vào cho các hầm ủbiogas do khối lượng phân tưong đối nhiều Khả năng sinh khí đối với một số loại chất thảikhác nhau được thống kê theo bảng 2.8

Nguồn: B.T.NUAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher

Bảng 2.7 Định mức năng suất tạo biogas từ chất thải chăn nuôi

Loại chất thải

Kh vs sinhra/con/ngày

% vs phânhủy

cc

biogas/mg vs

phân hủy

m3biogas/con/ngày

Nguồn: B.T.NUAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher

Bảng 2.8 Khá năng sinh khí của một số loại chất thái

Loại chất thải Khả năng sinh khí nrVkg phân

2.1.2 Nguyên lý của quá trình chuyến hóa.

về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giừ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyếnhóa và sản sinh ra một hợp chất dạnh khí - khí sinh học ( biogas), có khả năng cháy được vớithành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên50% Quá trình này được gọi là quá trình lên men kỵ khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinhhọc

Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Tại Việt Nam,

sản lượng khí sinh ra hàng ngày được ước tính như sau:

Bảng 2.9 Sản lượng khí hàng ngày

Loại chất thải Sản lượng khí hàng ngày ( lít/kg/ngày)

Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỳ thuật xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hâm biogas Thái-Đức, 2008.

Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt trực tiếp trên nắphầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào ( chất thải thô và nước) Bộ phận đầu

ra bao gồm bê chứa và đường ống dẫn chất thải ( bùn sau khi lên men) đê sử dụng làm phân bónsinh học

Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật sẽ được các vi sinhvật kỵ khí, nấm và vi khuấn chuyến hóa thành các hợp chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thựcvật và đất mùn Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ấm, nhiệt độ, bóngtối trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của oxy từ môitrường không khí, sự tồn tại của vi khuấn kỵ khí chiếm ưu thế, chuyến hóa các hợp chất dạnhhydrocacbon Các thành phần dinh dường như hợp chất chứa nito dạng hòa tan sẽ vẫn tồn tạitrong dung dịch sau phân hủy và là nguồn phân bón giàu dinh dường cho đất mùn

Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn thủy phân

- Giai đoạn hình thành axit

Giai đoạn lên men metan

Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn - vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metanhóa Chu trình chuyển chất thải hữu cơ thành biogas qua các phản ứng phức tạp, về cơ bản có thểchia thành 2 pha chính:

Pha 1 - pha axit: Bao gồm giai đoạn thủy phân và giai đoạn tạo axit liên kết với nhau,trong đó các chất thải hữu cơ sẽ chuyển hóa phần lớn thành acetate

Pha II - pha metan: Là giai đoạn 3 trở lên, trong đó khí CH4 và CƠ2 được tạo thành

Tạo axit (thủy phân)

Ba bước chính của quá trình như sau:

Pha II

Giai đoạn tạo axit Giai đoạn khử axit Giai đoạn hình thành khí CH4

(Thủy phân)

Vi khuân lên men Vi khuân acetogenic Vi khuân metan hóa Hình 2.1 Các

bước của quá trình tạo khí metan

Nguồn: B.T.NUAGUNA, Biogas Technology, New Age Itemational Publisher

2.1.2.1 Giai đoạn tạo axit (thủy phân)

Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất dạng polymer ( phân tử lớn) sẽ bị khử thành các monome ( phân tử cơ bản) Sản phấm của quá trình bao gồm:

Protein Axit acetic

Hydratcacbon đường

Sản phẩm của giai đoạn này sẽ được các vi khuẩn lên men chuyển hóa, hình thành các sản phẩm như:

- H, H20, CƠ2, NH4, H2S

Axit acetic CH3COOH Rượu

và các axit hữu cơ yếu

2.1.2.2 Giai đoạn khử axit

Trong bước này vi khuẩn acetogeic sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu cơ yếu thành các sản phẩm sau:

- H, H20, C02

Axit acetic CH3COOH

2.1.2.3 Giai đoạn tạo CH4

Trong bước thứ 3 - bước cuối cùng của quá trình chuyển hóa, axit acetic được hìnhthành ở bước 1 và 2 sẽ chuyển hóa thành CH4 và C02 nhờ hoạt động của vi khuấn metan.Trong quá trình phân hủy sẽ xuất hiện các bọt khí H2S nhỏ và tích lũy một phầnnhỏ trong thành phần khí biogas Khí H2S được sinh ra trong giai đoạn thủy phân khi các

vsv bẽ gãy amino axit methionine thiết yếu Trong giai đoạn metan hóa, H2S cũng tiếptục được sinh ra do các nhóm vsv khử sunfat khác nhau sử dụng axit béo ( đặc biệt làacetat), protein làm nguốn cơ chất cho quá trình phân hủy

Cả 3 giai đoạn trên càng có sự lên kết thì quá trình phân hủy, lên men chất hữu cơtrong hầm ủ diễn ra càng nhanh

Nguyên liệu thô Quá trình chuyến hóa Sản phẩm cuối cùng

Bảng 2.10 Đặc điếm của quá trình chuyến hóa sinh hóa

Sinh khối ( chất thải hữu cơ )

Xử lý sơ bộ nguyên liệu

1 Biogas CH4 ( 60% ) C02 (30-40%)

50-Quá trình lên men

1 Tạo axit (từ chất béo, xululo, protein.

2 Khử axit (tạo ra CHjCOOH,

H, CO2)

3 Tạo khí CH 4 H,

CO2

NH

H2S

2 Chất hữu cơ N vàxenlulo chứa lignin

= nguồn cacbon

Thu nhiệt

Bảng 2.10 Đặc điếm của quá trình chuyến hóa sinh hóa

Bảng 2.10 Đặc điếm của quá trình chuyến hóa sinh hóa

Hình 2.2 Lược đồ của quá trình phân hủy ky khí

Nguồn: B.T.NUAGƯNA, Biogas Technology, New Age Iíernatỉonal Publisher

Trong suốt pha đầu tiên của quá trình phân hủy, một lượng lớn khí C02 được sinh ra vàgiá trị pH sẽ giảm xuống khoảng 6,2 (pH<6,2 là một yếu tố bất lợi đối với hoạt động củaVSV) Sau thời gian khoảng 10 ngày, pH bắt đầu tăng ổn định, giá trị đạt khoảng 7,0 - 8,0.Nhiệt độ của quá trình thấp dưới 15°c sẽ hạn chế khả năng sinh biogas Nói chung, nhiệt

độ càng cao thì lượng biogas sinh ra càng nhiều, giảm được thời gian lưu phân trong hầm vàlàm tăng năng suất

Bảng 2.10 Đặc điếm của quá trình chuyến hóa sinh hóa

Các phản ứng sinh học diễn ra trong các pha lên men kỵ khí ở trên là một chuồi phức

tạp, từ hợp chất ban đầu là xelulo, để tạo thành sản phẩm cuối cùng là biogas, sẽ có các sảnphẩm trung gian như axit focmic, axit acetic, axit propionic và axit butrric phản ứng tổngquát của quá trình này như sau:

CnHaOb + ( n - a/4 - b/2) H2Ơ (n/2 - a/8 + b/4)C02 + ( n/2 + a/8 - b/4 )CH4

Bảng 2.11 Các phản ứng diễn ra trong quá trình phân hủy kv ứng với các loại

cơ chất khác nhau

Thủy phân

Nhiệt độ càng cao, chuyển hóa càng nhanh,

<55°c

Kỵ khí nghiêmngặt

-Pha acetat hóa

VK ưa nhiệt trung bình

( mesophilic):- 35°C; VK ưa nhiệt(

Giả sử 100% cơ chất đều có khả năng phân hủy sinh học và không tính đến phần cơchất chuyến hóa thành tế bào thì phương trình phản ứng trên là cơ sở lý thuyết đế xác địnhlượng biogas sinh ra cực đại.

Nhiệt lượng tỏa ra của phản ứng tren khoảng l,5Mj/kg nguyên liệu khô, tương ứng với

cơ chất là C6H|205, thì lượng nhiệt tỏa ra khoảng 250Kj/mol C6H|205 Lượng nhiệt này không

đủ đê nâng nhiệt độ của cơ chất đầu vào

Trong thực tế, quá trình phân hủy diễn ra trong thời gian dài, do đó hiệu suất của quátrình ít khi đạt trạng thái hoàn toàn, chỉ khoảng 60% cơ chất được chuyến hóa Sản lượngbiogas sinh ra khoảng 0,2 - 0,4 m3/kg nguyên liệu đầu vào, với hàm lượng chất rắn khoảng 5kg/1 m3 chất lỏng

Quá trình phân hủy diễn ra ở ba dãy nhiệt độ khác nhau, tương úng với 3 nhóm vsv

đặc trưng Hiệu suất sinh khí càng tăng khi nhiệt độ càng tăng vì tốc độ phản ứng ở nhiệt độcao diễn ra nhanh hơn so với nhiệt độ thấp, khi nhiệt độ gia tăng 10°c, tốc độ sinh khí sẽtăng gấp đôi Ba khoảng nhiệt độ làm việc, ứng với 3 nhóm vsv khác nhau:

T = 10 - 20°c, dãy hoạt động của vi khuẩn ưa lạnh, thời gian lưu trên 100 ngày

T = 20 - 35°c, dãy hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt độ trung bình, thời gian lưu khoảng 20 ngày

T = 50 - 60°c, dãy hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt, thời gian lưu trên 8 ngày.Nguyên tắc thành công của quá trình vận hành hệ thống biogas là duy trì điều kiệnnhiệt độ và nguồn cung cấp nguyên liệu đầu vào ôn định Khi đó, mật độ vi khuấn sẽ đảm

bảo đủ để đáp ứng những điều kiện trên.

2.1.3 Thành phần, tính chất biogas

Biogas là một hỗn hợp khí nhẹ hơn không khí, nhiệt độ bốc lửa khoảng

700°c ( đối với dầu DO, khoảng 350°C; đối với xăng gas và propane khoảng 50°C).Nhiệt độ ngọn lửa sử dụng biogas khoảng 870°c

Thành phần biogas bao gồm 50-70% CH4; 35-50%CO2, hàm lượng hơi nướckhoảng 30-160 g/m3; hàm lượng H2S 4-6 g/m3 Giá trị năng lượng khoảng 5,96 kWh/m3 và tỷtrọng 0,94 kg/m3 Lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy của biogas khoảng 5,7nrkhông khí/ m3biogas, với tốc độ cháy khoảng 40cm/s

Quá trình phân hủy diễn ra càng lâu, nồng độ metan và giá trị năng lượng càng cao.Khi thời gian lưu ngắn, hàm lượng metan sẽ giảm xuống 50%, khi đó biogas không còn khảnăng cháy nữa vì vậy, lượng biogas sinh ra sau 4-5 ngày đầu tiên sẽ được xả bỏ Hàm lượngkhí CH4 trong biohas phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiệt độ càng thấp, hàm lượng CH4 trongbiogas càng cao, nhưng lun lượng biogas sinh ra thì ngược lại Hàm lượng CH4 sinh ra đốivới từng loại chất thải điên hình được liệt kê như sau:

Chất thải của trâu, bò: 65%

Chất thải của gia cầm: 60%

Chất thải của heo: 67%

Lượng khí sinh ra được xác định bằng (Nm') biogas hoặc (Nm3) CH4 Việc xácđịnh theo (Nm3) biogas sẽ nhanh hơn, nhưng không chính xác bằng phương pháp xác địnhtheo (Nm3) CH4

Qua đó giá trị năng lượng của 1 m3 biogas chứa 62% CH4 khoảng 22MJ, tươngứng với năng lượng điện khoảng 6kWh về hệ số tỷ lượng cháy, nhu cầu không khí cho quátrình cháy khoảng 9,6 m3 không khí/ m3 CH4, tức khoảng 5,75 m3 không khí/ m3 biogas

2.1.4 Các yếu tố hóa lý ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học

Quá trình chuyến hóa các thành phần hữu cơ tạo biogas đuợc thực hiện bởi cácnhóm vsv Các vsv này sử dụng một số enzym đế làm chất xúc tác cho phản ứng sinhhọc Hoạt động của các enzym này đòi hỏi các điều kiện hóa lý riêng ( hay còn goại là điềukiện môi trường) nhằm tối ưu hóa quá trình chuyến hóa sinh học Các yếu tố hóa lý quantrọng ảnh hưởng đến tốc độ của phản ứng sinh khối bao gồm nhiệt độ, pH, tỷ lệ C/N, điềukiện dinh dưỡng, yếu tố gây độc của các thành phần dạng vết, tốc độ oxy hóa khử của cơchất, thành phần độ ấm, thời gian lưu trong hầm Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này xéttrên nhiều khía cạnh khác nhau được trình bày chi tiết như sau:

Trong quá trình phân hủy tạo biogas, nhiệt độ ảnh hưởng tới tốc độ của phản ứngsinh học, độ hòa tan của các kim loại nặng ( yếu tố gây độc), độ hòa tan của C02 và thànhphần biogas sinh ra Khi nhiệt độ môi trường tăng, tốc độ phản ứng sinh học sẽ tăng theo và

do đó tốc độ sinh khí biogas sẽ cao

Tốc độ sinh khí biogas sẽ tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10°c Tuy nhiên, điềunày hầu như không xảy ra, vì hầu hết các loại vi khuấn tham gia vào quá trình chuyên hóabiogas chỉ hoạt động trong một khoảng nhiệt độ nhất định Ba khoảng nhiệt độ mà vi khuấnhoạt động hiệu quả nhất là:

T < 15°C: Khoảng hoạt động của vi khuấn ưa lạnh;

T = 15 - 45°c : Khoảng hoạt động của vi khuấn ưa nhiệt độ trung bình;

T = 45 - 65°C: Khoảng hoạt động của vi khuẩn ưa nhiệt;

Trong phản ứng biogas, hai khoảng nhiệt độ hoạt động của hai nhóm vi khuẩn ưanhiệt độ trung bình (khoảng 25 - 37°C) và vi khuẩn ưa nhiệt (khoảng 55°C) là quan trọng vìquá trình phân hủy yếm khí sẽ dừng lại khi nhiệt độ thấp hơn

10 °c.

Vân đê ảnh hưởng thứ 2 của nhiệt độ là độ hòa tan của COỊ và kim loại nặng Độtan của CƠ2 giảm khi nhiệt độ tăng, và ngược lại, ở nhiệt độ thấp hàm lượng C02 hòa tantrong pha lỏng sẽ cao Đối với kim loại nặng, khả năng hòa tan tăng theo nhiệt độ và do đó,tại nhiệt độ cao, sự có mặt của chúng có thê là yếu tổ gây độc

Một điếm bất lợi của quá trình phân hủy nhiệt độ cao đó là, trong thành phần biogassinh ra sẽ có sự hiện diện của khí H2S , gây mùi hôi Sản lượng biogas sinh ra trong một môhình hầm ủ thông thường của Trung Quốc theo sổ liệu thực nghiệm khoảng 0,15 m3 khí/ m3

phân ở nhiệt độ 15 -17°C; 0,2 -0,3 m3/ m3ở 22 - 28 °c và

1.5 m3/ m3ở 35 - 38 °c Lưu lượng biogas thu được cao nhất từ nguồn nguyên liệu phân

bò khoảng 4,5 m3 CH4/ m3 phân.ngày ở nhiệt độ 35 - 38 °c ( tức khoảng 9 m3 biogas/

m3phân.ngày)

Đối với những chủng loại vi khuẩn nhạy cảm đối với sự biến thiên của nhiệt độ, điềuquan trọng là phải duy trì một nhiệt độ không đôi riêng biệt Nguồn nguyên liệu có nhiệt độthấp, hoặc hệ thống có lớp cách nhiệt không tốt, hoặc quá trình vận hành đế xảy ra sự phântầng nhiệt độ có thể gây ảnh hưởng đến hoạt động của vi khuấn và do đó, sẽ giảm năngsuất sinh biogas So với vi khuấn ưa nhiệt độ trung bình, vi khuân ưa nhiệt nhạy cảm vớinhiệt độ hơn.

2.1.4.2 Thời gian lưu

Thời gian lưu ( là khoảng thời gian lý thuyết mà một phần tủ- hoặc một đơn vị chấtlỏng đi vào và lưu tại hầm phân hủy) Đại lượng này được tính bằng tỷ số giữa thể tích hầmphân hủy và thể tích nguyên liệu đi vào hầm trong 1 ngày, đơn vị thời gian lưu nước là ngày

Th0 tích h0m phân h0y (m 3 ) T(ngày) = -

KhEi I00ng nguyên N0U đEu vào (m 3 / ngày)Giá trị thời gian lưu nhỏ nhất được tính sao cho vi khuẩn có tốc độ phát triên chậmnhât có thê tái sinh Thời gian lưu nhỏ nhât là khoảng thời gian mà chât rắn trong hầm đảmbảo được tính ôn định tốt Nếu thời gian lưu chỉ còn một nửa so với yêu cầu, lượng khíbiogas sinh ra sẽ giảm và quá trình phân hủy khi đó sẽ ngưng tệ do số lượng vi khuân cấyđược giảm đến giá trị mà chúng không còn hiệu quả nữa Nếu thời gian lưu nước lớn hơn 10ngày, ở nhiệt độ 35°c, lượng biogas sinh ra sẽ đạt giá trị ổn định, nếu thời gian lưu có tănglên nữa thì lượng biogas cũng không tăng thêm nhiều Do đó, thời gian lưu càng lâu, hiệuquả của quá trình càng thấp

Thời gian lưu và nhiệt độ là hai yếu tố quan trọng đối với việc loại trừ các tác nhângây bệnh Neu yếu tố an toàn vệ sinh và sức khỏe được xem xét đến thì các giá trị này phảilớn hơn ngưỡng giá trị nhỏ nhất

Quá trình phân hủy hoặc lên men của chất hữu cơ dưới điều kiện kỵ khí diễn ra rấtchậm, do đó những cơ chất này phải được duy trì trong hầm ủ trong thời gian dài để quátrình phân hủy diễn ra hoàn toàn Thời gian lưu biểu thị khoảng thời gian nguồn cơ chất bị

hóa giải dưới điều kiện này Trong một số thiết kế hầm biogas, phần tế bào hoạt tính ở đầu rađược tuần hoàn lại hầm phân hủy nhằm tăng thời gian lưu của phần sinh khối này.

Thời gian lưu của các nguồn cơ chất khác nhau được quyết định bởi khả năng phânhủy sinh học của chúng, khả năng thích ứng với các enzym và tính chất lý hóa của nguồn cơchất Thời gian lưu quyết định chi phí xây dựng hầm ủ Thời gian lưu càng cao, đồng nghĩalượng khí sinh ra sẽ nhiều hơn nhưng điều đó sẽ làm gia tăng chi phí đầu tư ban đầu của hầm

ủ Thời gian lưu ngắn sẽ dẫn đến hiện tượng tổn thất sinh khối và gia tăng chi phí vận hành.Thời gian phân hủy của các chất thải hữu cơ phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ ơ giaiđoạn ban đầu, lượng khí gas sinh ra tăng rất nhanh và sau một khoảng thời gian lưu, nó tiếntiệm cận đến giá trị nhỏ nhất Đối với vi khuân ưa nhiệt trung bình, thời gian phân hủy tối ưukhoảng 20-30 ngày Đối với vi khuấn ưa nhiệt thời gian phân hủy chỉ từ 3-10 ngày Chủngloại vi khuẩn này có thể phân hủy tạo lượng khí nhiều hơn trong khoảng thời gian ngắn hơn

2.1.43 pH

Hầm phân hủy hoạt động tốt ở pH > 7,0 ( trong môi trường độ kiềm yếu) Sự xuấthiện một so ion sau có thể làm ảnh hưởng đến pH của ham: HCO3', H2CO3', NH4+,CH3COO", Ca2+ gốc HCO3' góp phần làm tăng độ kiềm bicacbonat thông qua phảnứng thuận nghịch sau:

HC03- + CH3COOH <=> H2O + C02 + Dãy pH tối ưu của hầm ủ nằm trong khoảng trung tính ( 6,8 -7,4) Khi tỷ lệ sinhcác axit béo bay hơi vượt quá khả năng vi khuân metan hóa có thê sử dụng, pH sẽ giảmxuống dưới mức tối ưu Đe tăng pH trở lại, quá trình vận hành cần bổ sung thêm độ kiềm chohầm phân hủy, lấy từ nguồn bên ngoài Độ kiềm bicabonat trong quá trình phân hủy kỵ khícần duy trì ở mức > 1.000 mg CaC03/l đế đảm bảo pH thích hợp Neu vận hành đúng theonguyên tắc, tỷ lệ axit bay hơi và độ kiềm tông công phải duy trì ở mức 0,5

CH3COO-Sự thay đôi pH sẽ ảnh hưởng đến tính nhạy cảm của các enzym Các vsv và enzymcủa chúng rất nhạy cảm khi pH bị lệch khỏi dãy pH tối ưu, thể hiện qua các tác động về chứcnăng, tính chất vật lý, cấu trúc, khả năng hoạt hóa của các enzym Mỗi enzym chỉ có hoạt

tính trong một dãy pH nhất định Hiện tượng pH bị lệch khỏi khoảng pH tối ưu có thể gây racác tác động sau đây đối với các enzym:

- Làm thay đôi độ ôn định của các nhóm enzym có khả năng ion hóa

- Làm thay đối các thành phần enzym không có khả năng oxy hóa trong hệ thống

- Làm biến tính hệ enzym

Các vi khuẩn metan hóa nhạy cảm với sự thay đổi pH hơn so với vi khuẩn axit hóa

và chỉ hoạt động trong khoảng pH hẹp ( pH tối ưu cho hoạt động của vi khuan metan hóakhoảng 6,8-8,5; vi khuấn axit hóa có thế tồn tại trong môi trường pH thấp khoảng 5,5).Nồng độ và dạng tồn tại của amonina cũng có ảnh hưởng quan trọng đến pH củahầm ủ Tuy nhiên, pH của hầm ủ cũng sẽ quyết định trạng thái tồn tại của amoniac ( NH3).Amonia tồn tại ở dạng NH4' không gây độc đối với vi khuấn, ngược lại với amonia tự do.Nồng độ NH3 ở mức 1 OOppm sẽ rất độc và có thê là nguyên nhân gây hỏng hầm ủ

2.1.4.4 TỷỉệC/N

Đe tạo điều kiện sinh trưởng và hoạt động tối ưu của vi khuẩn, điều cần thiết là phảicung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng dưới dạng các hợp chất hóa học với nồng độ thích hợp.Cacbon và nitơ ( có trong protein, nitrat ) là những thành phần dinh dưỡng chính của vikhuẩn kỵ khí Nguồn c sẽ cung cấp năng lượng cho hoạt động vi khuấn, N cần thiết cho quátrình tong hợp tế bào Đe hàm lượng N được cung cấp hợp lý, nguồn cơ chất đầu vào sẽ đượcxem xét đến khái niệm tỷ lệ C/N Khái niệm này được quan tâm từ rất sớm, với nguồn cơchất là phân bò, tỷ lệ C:N khoảng 15:1 -25:1 Sau đó khái niệm này được mở rộng đối vớinhiều loại nguồn cơ chất khác nhau Tuy nhiên với nhiều nghiên cứu về sau, tỷ lệ này gầnbằng với chỉ số biếu thị khả năng phân hủy sinh học của cơ chất Tỷ lệ c có khả năng phânhủy sinh học và lượng N có sẵn trong cơ chất khoảng 25:1 là điều kiện lý tưởng của quá trìnhphân hủy tạo biogas Lý do: vi khuẩn kỵ khí không thể sử dụng hết tất cả nguồn c trong cơchất đầu vào và một cách tương tự, không phải tất cả dạng tồn tại N trong cơ chất đi vào hầmphân hủy đều có giá trị với vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩn metan hóa Vi khuẩn lên men sửdụng nguồn c nhanh gấp 25-30 lần so với N, do đó tỷ lệ C:N tối ưu đòi hỏi phải từ 25-30:1

Khi tỷ lệ này bị thay đôi, hiệu quả của quá trình phân hủy sẽ bị giảm.

Nếu tỷ lệ C/N quá cao, lượng N sẽ bị vi khuẩn metan hóa tiêu thụ nhanh để tổng họpprotein của chúng và sẽ không còn đủ để phản ứng với lượng c còn lại trong nguyên liệu, do

đó lượng khí biogas sinh ra sẽ thấp Mặt khác nếu tỷ lệ C/N quá thấp, thành phần N sẽ giảiphóng và tích lũy dưới dạng amoni (NH4) NH4 sẽ làm tăng pH trong hầm phân hủy pH caohơn 8,5 sẽ là một yếu tố gây cản trở hoạt động của vi khuan metan hóa

Tỷ lệ C:N của một số loại cơ chất khác nhau được trình bày trong bảng 2.13

Các vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metan hóa đều cần tỷ lệ C/N : 25-30:1 cho quá trìnhhoạt động tối ưu Mặt dù các loại chất thải hữu cơ khác nhau có tỷ lệ C:N khác nhau nhưng hỗnhợp của các nguyên liệu này trước khi vào hầm phân hủy phải đảm bảo đạt tỷ lệ C/N khoảng25-30:1

2.1.4.5 Thành phân độ âm trong nguyên liệu đầu vào

Nước là nhu cầu tất yếu cho sự sống và hoạt động của vi sinh vật Hơn nừa, nước là môitrường cần thiết cho sự di chuyên của vi khuẩn, hoạt động của các enzym ngoại bào và thủy hóacác polyme sinh học, tạo điều kiện cho quá trình phân hủy

Tuy nhiên việc duy trì quá nhiều nước trong hầm phân hủy sẽ làm tăng thể tích hầm vàtrở nên cồng kềnh Do đó, độ ẩm trong hầm phải được duy trì ở mức tối ưu Hàm lượng độ ẩmđối với từng loại cơ chất khác nhau sẽ khác nhau, tùy thuộc vào tính chất hóa học và khả năngphân hủy sinh học của chúng Theo các nguyên cứu cho thấy, hiệu suất của quá trình phân hủy

sẽ giảm khi hàm lượng chất rắn lơ lửng (TS) tăng Do đó điều quan trọng là phải xác định hàmlượng TS tối ưu cho hỗn hợp nguyên liệu đầu vào theo từng loại nguyên liệu và từng kiểu hầm

ủ khác nhau Ví dụ như trường họp nguyên liệu đầu vào là phân bò, có hàm lượng TS 18%, do

đó phải hòa trộn với nước theo tỷ lệ 1:1 về khối lượng đế đảm bảo hỗn hợp thu được có nồng

độ TS 9% Hỗn họp phân bò dạng bùn nhão này sẽ dễ thao tác và tự chảy dễ dàng vào hầmphân hủy

Đối với các dạng hầm ủ mà nguyên liệu đầu vào là chất thải rắn như giấy, bã mía, sinhkhối với tỷ trọng tương đối thấp thì lực đấy noi từ các bọt khí bám chặt vào sẽ làm nguyênliệu nôi lên trên mặt hầm ủ, khi đó quá trình phân hủy sẽ không diễn ra được, chính vì vậy quátrình phân hủy đòi hỏi phải có sự hiện diện của pha lỏng Trong trường họp nguyên liệu là sinhkhối thải, nguyên cứu cho thấy, sinh khối bùn tươi sẽ phân hủy dễ dàng hơn so với bùn khô.Khi thành phần độ ẩm quá cao, điều đó có nghĩa là nhiệt độ chất thải thấp, kết quả làsản lượng biogas sinh ra sẽ giảm, nếu thành phần độ ẩm quá thấp, các axit hoạt tính sẽ tích lũy

và gây trở ngại cho quá trình lên men Đối với hầu hết các loại hầm ủ biogas, tỷ lệ nguyên liệuthô đầu vào: nước lý tưởng phải đạt mức 1:1 Hàm lượng TS tối ưu khoảng 7-9%

Sản lượng khí biogas sinh ra là phụ thuộc vào hàm lượng chất răn trong nguyên liệu

đầu vào và khả năng phân hủy sinh học của chúng trong hầm phân hủy Hàm lượng TS càngcao, hầm phân hủy sẽ có thế tích càng nhỏ và chi phí đầu tư cho hệ thống sẽ thấp.

Tuy nhiên, một số nguyên cứu về vai trò của nước trong hầm lên men kỵ khí cho thấy,xét một cách tương đối, thành phần chất hữu cơ khô, khi lên men cũng có the chuyến hóa thànhmetan hiệu quả Nghiên cứu cũng cho thấy, tốc độ và hiệu suất của quá trình lên men kỵ khíkhông ảnh hưởng bởi thành phần độ âm khi hàm lượng độ ẩm thấp hơn 68% tổng khối lượng( khi hàm lượng độ ẩm giảm xuống 60- 68% tổng khối lượng sẽ gây ra hiện tượng tích tụ cácaxit bay hơi và ức chế khả năng tạo khí biogas ) Quá trình lên men khi hàm lượng nước thấphơn 68% được gọi là lên men khô

2.1.4.6 Thành phần gây độc

Nồng độ cao của amonia, chất kháng sinh, thuốc trừ sâu, bột giặt và kim loại nặng làcác yếu tố gây độc với vsv, ánh hưởng đến khả năng sinh khí biogas Tỷ lệ C/N thấp tronghỗn hợp đầu vào sẽ làm tăng hàm lượng amonia Chất kháng sinh sử dụng trong thức ăn củađộng vật hoặc khi tiêm phòng cho động vật có the gây ra các tác động tiêu cực đến khả năngsinh biogas Nồng độ tối đa cho phép của một số chất độc hại được trình bày trong bảng 2.15

2.1.5 Lo'i ich ciia cong nghe biogas trong nong nghiep

Cong nghe u khi biogas dirge ting dung de cung cap nang luong voi nhieu quy mo khacnhau, quy mo nho cho ho gia dinh, quy mo vtia cho mot khu dan cu va quy mo Ion cho cac nhamay san xuat

Biogas rat de chay va co the thay the than cui, do do lam giam nan pha rting d nhting vung

nong thon nhiet doi, gian tiep han che nhting anh huong do thien tai,

Bang 2.14 Nong do toi da cho phep ciia mot so chat doc hai

lũ lụt Đồng thời góp phần cải thiện điều kiện làm việc của người phụ nừ nông thôn, tiết kiệmđược thời gian.

về Lợi ích về kinh tế: Khí thu được để đun nấu thay thế việc mua gas, nếu một hộ xâycông trình biogas cỡ 10 m3 sẽ cho lượng khí đốt tương đương 1,5-2 bình gas 13kg, đủ đế hộ xâydựng công trình khí sinh học đun nấu cho sinh hoạt hàng ngày và có thê chạy bình nóng lạnhgas, thắp sáng hoặc chạy máy nổ sẽ giảm chi cho hộ tối thiêu khoảng 300.000 đồng/tháng.Nếu các hộ gia đình chưa xây dựng các công trình phụ thì quy hoạch khu chăn nuôi gần khu vệsinh của người đê tập trung nguồn phân vào cùng với be nạp phân gia súc sẽ tiết kiệm được tiềnxây dựng bể tự hoại

về môi trường: Phân gia súc, gia cầm được tập trung vào bế nạp rồi chuyến sang bếphân giải đã giảm được mùi hôi thối trong chăn nuôi, trứng giun, sán, mầm bệnh (trường hợpgia súc, gia cầm bị bệnh thì mầm bệnh được tập trung vào bê nạp và bị tiêu diệt ở đây không bịphát tán ra xung quanh)

Trong nông nghiệp, khi phân gia súc, gia cầm nạp vào bê nạp, một phần chuyến hóathành khí đốt, phần còn lại là nước và bã thải dùng đế bón cho cây trồng sẽ làm tăng năng suấtcây trồng, hạn chế sâu bệnh hại cây và nâng cao độ phì của đất

Quá trình lên men kỵ khí diễn ra trong thời gian dài, có the làm giảm 90% ký sinhtrùng, vi sinh vật gây bệnh cho người, gia súc và cây trồng Vì thế, vấn đề vệ sinh được cảithiện

Điểm nổi bật của mô hình biogas là so với lợi ích về mặt kinh tế - xã hội thì chi phí lắpđặt thấp, nên dề dàng được người nông dân ứng dụng và có thể phát triển trên diện rộng Lợiích công nghệ khí sinh học rất đa dạng và phong phú, nếu người nông dân mạnh dạn tiếp cậncông nghệ mới và ứng dụng vào cuộc sống thì sẽ giúp chăn nuôi phát triển tốt hơn, hiệu quả caohơn, kết hợp với việc bảo vệ môi trường nông thôn một cách bền vững

Bảng 2.15 Hiệu quả kỉnh tế thu đưọc từ hầm ủ bỉogas

Khi không xây dựng hầm biogas

Chi phí mua bếp gas, sử dụng 3 năm 1.050.000 1.050.000

Chi phí gas sử dụng hàng tháng, bình gas

260.000 đ/12kg

Tiền bán phân bò VNĐ, với giá phân bò 10.000

Vốn vay với thời gian hoàn vốn 36 tháng 13.000.000

12.000.000Chi phí hàng tháng tính từ tiền đầu tư xây dựng

hầm ủ

bỏ một số cây trồng lâu năm, bởi vì đa số hầm được xây dựng chìm dưới đất và được lắp đặt ởnơi thông thoáng

2.2 Tình hình ứng dụng công nghệ biogas ở Việt Nam

2.2.1 Lịch sử quá trình hình thành và phát triến công nghiệp biogas

Kỹ thuật biogas được phát triển tại Việt Nam từ năm 1960 Sau ngày thống nhất đất nước(1975) cho đến năm 1990, kỹ thuật này được xem là một trong những ưu tiên hàng đầu của đấtnước trong chương trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo trongkhuôn kho chương trình, rất nhiều nguyên cứu đã được thực hiện, tập trung vào công nghệbiogas Các đơn vị tham gia vào chương trình phát triển biogas bao gồm Viện Năng Lượng, Đạihọc Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa TpHCM, Đại học Bách Khoa Đà Nằng, Đại Họccần Thơ, các Sở Khoa học, Công Nghệ và Môi trường địa phương

Từ năm 1992, trong chương trình dự án của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn với

sự hô trợ của các tổ chức như FAO, SAREC, SIDA và Viện chăn nuôn nông nghiệp Quốc gia,trường Đại học Nông Lâm TpHCM đã phát triên mô hình hầm ủ biogas dạng túi Với ưu thế chiphí đầu tư thấp, kỳ thuật lắp đặt và vận hành đơn giản, kỳ thuật này đã nhanh chóng được chấpnhận và nhân rộng bởi Hội Làm vường Việt Nam và các tô chức cá nhân khác

Thời gian gần đây, trong chương trình Quốc gia về cấp nước và Vệ sinh môi trường nôngthôn, Trung tâm hỗ trợ Phát triên nông thôn đã phát triên mô hình hầm ủ nắp vòm, cố định vớinắp hầm dạng hình bán cầu, cấu tạo từ vật liệu composit và xi măng lưới thép ( mô hình hầm ủThái - Đức)

Bên cạnh đó, chương trình biogas của Ngành chăn nuôi Nông nghiệp - dự án liên kết củachính phủ Việt Nam và Hà Lan đã hô trợ nông dân xây dựng 18.000 hầm biogas trong giai đoạn

1 ( 2003-2005) tại 12 tỉnh thành của 8 vùng sinh thái; 27.000 hầm vào cuối năm 2006 và đếnnăm 2007, hơn 16.000 hầm đã được xây dựng, trong giai đoạn 2 ( 2008 -2011) chương trình BP

dự kiến sẽ mở rộng ra trên 50 tỉnh thành trong số 64 tỉnh thành củ Việt Nam với số lượngkhoảng 14.000 hầm ủ Hiện nay, trên cả nước có khoảng 150.000 hầm ủ biogas, hầu hết thuộcdạng hầm ủ nắp vòm cố định và dạng túi

Nguồn: Le Thỉ Xuan Thu, Biogas Engineer/Extension in charge hiogas Projec Division The Biogas Program for the Animal Husbandry Sector of Viet Nam

-Bảng 2.16 Tống quan chung về số lượng hầm iỉ

2.2.2 Một so kieu ham biogas ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có rat nhiều loại hình biogas được sử dụng ở nhiều địa phươngkhác nhau Ví dụ như Hầm xây kiểu tháp của Viện Năng Lượng, hầm trụ Đồng Nai, hầm hìnhhộp của bác Nguyễn Độ, hình trụ chóp giả Đồng Nai

Hình 2.4 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2

Nguồn: WWW biosas.ors vn

2.2.2.3 Hầm ủ quy mô hộ gia đình

Từ năm 2008 đến năm 2010, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo, Viện Khoa họcNăng lượng đã tiến hành thực hiện dự án “ Hoàn thiện công nghệ và xây dựng hầm Biogasquy mô hộ gia đình cho khu vực nông thôn chăn nuôi tập trung ở tỉnh Hà Nam ” với mụctiêu nắm bắt, hoàn thiện và cải tiến công nghệ phù hợp với điều kiện nông thôn Việt Nam,

từ đó nâng cao hiệu qủa sản xuất, giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi và cảithiện đời sống của bà con nông dân Đây là dự án sản xuất thử nghiệm do Viện Khoa họcNăng lượng, Viện KHCNVN chủ

trì và ông Trần Khắc Tuyến, Giám đốc Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo làm chủ nhiệm

về nguyên lý, mô hình hệ thống hầm Biogas do Trung tâm Năng lượng mới và táitạo sản xuất và triển khai có một số thay đôi so với các loại hầm truyền thống khi bể điều

áp được phân thành hai phần riêng biệt là ngăn điều áp và ngăn thải cặn

Hình 2.5 Mô hình hầm biogas hộ gia đình

So vói những mô hình Biogas đang được lưu hành hiện nay, hệ thống hầm Biogas quy mô gia đình này có một số điếm ưu việt:

- Thi công đon giản;

- Có kết cấu bền vững, bảo đảm chống dò rỉ nước và khí do được tăng cường bằng keo chống thấm, vì thế tăng khả năng sinh khí;

- Có khả năng tự tống cặn bã nên không bị ùn tắc cặn, có khả năng tự phá váng bề mặt;

- Mức độ sinh khí nhanh, sản lượng khí cao, ổn định trong mọi điều kiện thời tiết;

- Thiết bị khử H2S tiên tiến đã nâng cao chất lượng Biogas, làm tăng tuổi thọ của thiết bị

sử dụng như bếp, nồi cơm, đèn

- Diện tích chiếm đất nhỏ, tiết kiệm nhân công

- Giúp bảo vệ sức khoẻ con người, tiêu diệt vi trùng gây bệnh

- Các thiết bị sử dụng khí đồng bộ và chuyên dụng nên bảo đảm độ tin cậy;

- Dịch vụ hậu mãi hoàn thiện Bảo hành Hầm sinh khí, bế điều áp trong 10 năm Bảo trì, bảo dưỡng hệ thống trong 15 năm.

- Thiết bị đo áp lực, bếp đun, đèn, ấm đun siêu tốc, bình tắm nóng lạnh, máy phát điện được chế tạo chuyên dụng cho Biogas

Ngay sau khi nghiệm thu kỹ thuật, Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo đã chínhthức bàn giao hầm Biogas cho hộ gia đình sử dụng và bảo quản Kết quả theo dõi vận hànhbước đầu cho thấy khả năng sinh khí rất tốt, đồng hồ áp lực luôn ở mức 12-13 kPa (lPa ~N/m2), ứng với nhiệt độ ngoài trời dao động từ 25-34 độ c Ngoài cung cấp chất đốt cho đunnấu, còn phải kể đến hiệu quả về mặt xã hội và bảo vệ môi trường

2.2.2.4 Hẩm ủ năp vòm cổ định Trung Quốc

Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân, do đó, thếtích của hầm ủ bằng tong thế tích của 2 phần này Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàntoàn dưới đất đế tiết kiệm diện tích và ồ định nhiệt độ Phần chứa khí được tô bằng nhiềulớp vừa đế đảm bảo yêu cầu kín khí Ớ phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đấtsét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm Loạihầm này rất phố biến ở Trung Quốc nhưng có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xâydựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm thấp