Kỹ thuật xứ lý yếm khí chất thải chăn nuôi thu biogas (1)

Cơ sở khoa học của công nghệ Biogas2.1 Nhóm vi sinh vật Biogas - Nhóm vi khuẩn không sinh metan + Nhóm vi khuẩn lên men: Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp, không tan thành các chất hữu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CNSH - CNTP

GVHD: TS Lê Thanh Hà SVTH: Phạm Vũ Hiểu

Lê Thu Trang Phạm Văn Khoa Hoàng Văn Giáp Trần Thị Sơn

Đề Tài

KĨ THUẬT XỬ LÝ YẾM KHÍ CHẤT THẢI THU BIOGAS

NỘI DUNG

Giới Thiệu

Tìm Hiểu Chung Về Biogas Các Loại Hầm Và Bể Biogas Ứng Dụng

I Giới Thiệu

Thực Trạng Gia Súc, Gia Cầm Trên Địa Bàn Hà Nội

Theo số liệu cục chăn nuôi, nước ta có khoảng 220 triệu con gia cầm, 8,5 triệu con bò, 27 triệu con heo

Mỗi năm,ngành chăn nuôi thải ra môi trường trên 73 triệu tấn chất thải rắn

và 80% chất thải lỏng được xả thẳng ra tự nhiên không qua xử lý, từ đó

gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng

Trong đó, giải pháp sử dụng công nghệ sinh học thu biogas được xem là hiệu quả để phát triển chăn nuôi bền vững

II Tìm Hiểu Chung Về Biogas

1.Khái Niệm Biogas là gì ?

Biogas là viết tắt của Biological gas là hỗn hợp khí sinh ra từ quá trình phân hủy chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật trong môi trường yếm khí

Thành phần Biogas: , , , , , O2 , CO….trong đó (50-60%) , (30-40) là chủ yếu

•

2 Cơ sở khoa học của công nghệ Biogas

2.1 Nhóm vi sinh vật Biogas

- Nhóm vi khuẩn không sinh metan ()

+ Nhóm vi khuẩn lên men: Thủy phân các chất hữu cơ phức tạp, không tan thành các chất hữu cơ đơn giản và tan được

+ Nhóm vi khuẩn sinh axetat và hydro : phân hủy tiếp các chất sinh ra trong giai đoạn đầu như acid propionic và

alcohol… ( những chất này không thể sử dụng trực tiếp bởi các vi khuẩn sinh metan ) thành acid acetic, ,

•

Vi khuẩn biến dưỡng

cellulose Sản phẩm axit tạo được

A.lactic, A.sucinic, etanol A.acetic, A.lactic

A.acetic, A.lactic A.acetic, A.lactic A.acetic, A.sucinic Fomic, acetic, lactic, sucinic, etanol

a.Fomic, a.acetic, a.lactic

Vi khuẩn

Nhóm vi sinh vật lên men trong bể Biogas

2.1 Nhóm vi sinh vật Biogas

- Nhóm vi khuẩn sinh metan ): chuyển hóa các axit axetic, , axit formic, được sinh ra

từ giai đoạn thứ nhất và thứ hai thànhvà Nhóm vi khuẩn này là nhóm vi khuẩn kỵ khí nghiêm ngặt, rất nhạy cảm với oxy và các chất oxy hóa.

•Điều kiện cho các vi khuẩn sinh khí metan phát triển mạnh đó là:

- CO2 đầy đủ trong môi trường

- Có nguồn Nito khoảng 3,5 mg/g bùn lắng, tỉ lệ C/N = 30/1 => Tốt nhất là cung cấp Nito từ Cacbonat amon, Clorua amon

•Trong quá trình lên men kị khí các loài vi sinh vật bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ

mà do nhiều yếu tố khác nhau:

Mức độ kị khí

Tác động của sản phẩm trao đổi khí

Tác động cạnh tranh dinh dưỡng ….v.v

•

Vi khuẩn sinh khí metan Sản phẩm cơ chất

Abutiric,A.valeric, A.capropionic CO2, H2, A.acetic, metanol

H2, A.formic H2, A.formic A.acetic, A.butyric A.acetic, A.butyric

- Mối quan hệ giữa các nhóm vi khuẩn: chúng tạo nhiên

liệu, điều kiện và môi trường thuận lợi cho nhau cùng

phát triển.

2 Cơ sở khoa học của công nghệ Biogas

2.2 Quá trình tạo khí sinh học

Là một quá trình lên men phức tạp xảy ra rất nhiều phản ứng và cuối cùng tạo khí ,

Quá trình này được thực hiện theo nguyên tấc phân huỷ kỵ khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí Trải qua 3 giai đoạn:

Giai đoạn I : Thủy phân

Giai đoạn II : Sinh acid

Giai đoạn III : Sinh metan

•

• Các giai đoạn của quá trình tạo khí sinh học

Chất hữu cơ,

Cacbohygrat,chất

béo, protein

Propionic, butyric, các rượu khác và các thành phần khác

Khối vi khuẩn

CH 4 ,CO 2

Khối vi khuẩn

Khối vi khuẩn

, acid acetic

, acid aceticGĐ1

2.2 Quá trình tạo khí sinh học

Nguyên tắc:

• Phân hủy kị khí, dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí Sự phân hủy kị khí diễn ra qua nhiều giai đoạn với hàng ngàn sản phẩm trung gian, với dự tham gia của các chủng vi sinh vật đa dạng

Đó là sự phân huỷ protein ,lipit, tinh bột tạo thành acid amin,

glycerin, axit béo, methyamin Cùng các chất độc hại như

Tomain, Indol, Scaltol Và cuối cùng là liên kết cao phân tử mà

nó không phân hủy được dễ dàng bởi vi khuẩn như Lignin,

Cellulose

Có sự tham gia của các vi khuẩn có enzym cellulosase Các hợp chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các chất

có trọng lượng thấp hơn như acid hữu cơ, đường, glicerin

Giai III: là giai đoạn phát triển mạnh của các loài vi khuẩn sinh khí metan Đầu tiên là sự tạo thành các acid hữu cơ, pH giảm

xuống rõ rệt Các acid hữu cơ và hợp chất chứa Nito tiếp tục

phân hủy tạo thành hợp chất khác nhau và các chất khí như

CO2, H2, N2, CH4 Các vi khuẩn sinh khí metan phát triển mạnh

và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4

=> Như vậy, Biogas được hình thành trong mooit trường kị khí dưới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khuẩn sinh khí metan

3 Nguyên liệu sản xuất Biogas và cách xử lý nguyên liệu

3.1 Nguyên liệu đưa vào sản xuất Biogas

• Yêu cầu

- Giàu cellulose ít Ligin

- ban đẩu khoảng 2000mg/l

- Tỷ lệ carbon / nitơ: 20/30

- Nguyên liệu phải được hoà tan trong nước.

• Nguồn nguyên liệu chính là:

+ Phân hữu cơ nguồn gốc từ chuồng nuôi (bò lợn, gà).

+ Rác thải hữu cơ, rác thải sinh hoạt dễ phân hủy

+ Ngoài ra có thể sử dụng bèo Lục Bình,

3 Nguyên liệu sản xuất Biogas và cách xử lý nguyên liệu

Khả năng cho phân và thành phẩn hoá học của phân gia

38,5 41,7 28,4 6,78 31,3

7,98 9,33 7,02 10,2 16,8

0,38 0,7 0,83 0,31 1,2

0,1 0,2 0,47 1,2

20-25 20-25 20-25 7-15

Trọng lượng:

38,5 41,7 28,4 6,78 31,3

7,98 9,33 7,02 10,2 16,8

0,38 0,7 0,83 0,31 1,2

0,1 0,2 0,47 1,2

20-25 20-25 20-25 7-15

3 Nguyên liệu sản xuất Biogas và cách xử lý nguyên liệu

3.2 Xử lý nguyên liệu nạp vào Biogas

Trước khi xử dụng cần phải lọc kĩ, xử lý sao cho phù hợp với yêu cầu chất lượng: giàu cellulose, ít ligin NH4+ khoảng 2000 mg/l Tỉ lệ C/N: 20/30 Nguyên liệu phải được hòa tan trong nước

•Nạp nguyên liệu lần đầu: Chuẩn bị 700 - 800kg phân tươi làm nguyên liệu ban đầu.

•Làm lỏng phân gia súc và chất thải chăn nuôi, cắt nhỏ rác thải như rau, cỏ ăn

thừa của gia súc, một phần rơm rạ, thân cây ngô già, bèo tây,

•15-20 ngày sau khi nạp nguyên liệu ban đầu, không nên nạp nguyên liệu bổ

sung để giữ cho quá trình lên men đạt trạng thai ổn định.

•Sau thời gian nói trên, cần nạp nguyên liệu bổ sung và lấy phần bã đã phân hủy

đi Lượng bổ sung vào bằng lượng lấy đi, không nên nạp quá nhiều hay quá ít.

•Nạp nguyên liệu thường xuyên hàng ngày chính là lượng phân từ chuồng trại và

từ hố xí trực tiếp chảy thẳng vào hầm.

•Lượng nước cũng được bố sung sao cho tỷ lệ giữa phân và nước là 1:5

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của Biogas

•Điều kiện yếm khí

•Thời gian lưu

•Các độc tố gây trở ngại quá trình lên men

•Độ mặn

•Lượng nguyên liệu nạp

•Chất khoáng trong nguyên liệu nạp

•Khuấy trộn

•Một số yếu tố khác

• Điều kiện yếm khí

pH đóng vai trò quan trọng, pH quá trình thủy phân 4 - 5 Vi khuẩn hoạt động tốt

ở pH 6,5 – 7,2 ( quá trình khí hóa) Nếu dưới 6 hặc lớn hơn 8 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh.

ấm, vi khuẩn ưa nhiệt

Quá trình hình thành CH4 theo 2 con đường đã trình bày ở trên

- T: 30 – 37C vi khuẩn ưu ấm phát triển tốt, nhưng các khí tạo thành chậm, khả

năng khử CO2 tăng, hiệu suất thu hồi CH4 tăng

- T: 55 – 60C vi khuẩn ưa nhiệt hoạt động mạnh:

Hoạt lực enzym mạnh, quá trình chuyển hóa nhanh, sản phẩm tạo thành CH4 , CO2tăng nhanh

Đối lưu thiết bị lên men mạnh các khí dễ thoát ra mất CO2 , H2 giảm khả năng khử

CO2, hiệu suất thu hồi giảm

•Độ ẩm : Đạt 91,5 – 96 % thích hợp cho vi khuẩn metan phát triển, độ ẩm lớn hơn 96% tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm, sản lượng khí sinh ra thấp

•Thành phần dinh dưỡng: Tỉ lệ C/N thích hợp 25/1 – 30/1

• Hàm lượng chất rắn : nên chiếm dưới 9% Hàm lượng này thay đổi theo mùa từ 7 – 9% Vào mùa khô ở nước ta nhiệt độ cao khả năng sinh gas tốt thì hàm lượng chất rắn trong thiết bị khí sinh học giảm nên việc cung cấp chất rắn cao hơn Tỉ lệ chất rắn trong nước phân heo 6% là tối ưu để sinh gas với nhiệt độ trung bình 25 – 27C

Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được

Nguyên liệu Sản lượng khí /

kg phân khô Hàm lượng (%) Thời gian lên men (ngày)

Phân bò

Phân gia cầm

Phân heo

1,11 0,56 1,02

57 69 68

10 9 20

57 69 68

10 9 20

III Các Loại Hầm Và Bể Biogas

1 Hầm ủ

Khả năng sinh gas từ hầm ủ biogas chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau

• Thể tích của hầm ủ biogas

• Thể tích chất lỏng chứa bên trong hầm

• Thời gian lưu lại của dịch phân

• Tỉ lệ nước dịch phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy

• Nắp nổi I

Nắp nổi II

Hầm nắp trôi nổi

• Áp suất khí thay đổi

• Chi phí cao (ở 1 số nước, do vật liệu

xây dựng hiếm, như ximăng ở Châu

Phi)

• Đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao

• Không áp dụng nguyên lý hoàn lưu.

• Tốn Diện tích xây dựng.

• Cửa nạp và cửa xả đặt không phù hợp (Được đánh dấu bằng vòng tròn đỏ).

• Phân bán hoai và phân tươi dẽ bị đẩy ra ngoài (Có mô hình minh họa).

• Hoạt động không liên tục

• Bảo dưỡng khó khăn, phức tạp.

• Không lấy được bả thải làm phân bón khi cần

Hầm vòm nắp cố định có cửa nạp và cửa xả đặt trên cùng bình

độ

Điểm yếu:

•Đáy cửa nạp, cửa xả đặt cùng bình độ, trên vùng phân bán

hoai, dưới đáy vùng phân tươi mới nạp vào

•Ống nạp đặt chéo, việc nạp nguyên liệu chủ yếu dựa vào sức

hút trọng lực/ chênh lệch độ cao (nạp chậm, khó khăn)

•Không áp dụng nguyên lý hoàn lưu, việc nạp nguyên liệu rất khó

khăn, kể cả khi nạp cưỡng bức

Hầm vòm nắp cố định xây gạch KT

Hầm vòm nắp cố định có tay quay phá váng

Hầm vòm nắp cố định chế tạo sẵn

Hầm dạng túi ủ

Ưu điểm

• Chi phí đầu tư thấp

• Đào vị trí nông, thích hợp với vùng

• Tuổi thọ thấp (dưới 2 năm)

• Nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ môi trường

• Đòi hỏi diện tích bề mặt lớn

Hầm dạng túi ủ I

Hầm dạng túi ủ II

Hầm dạng túi nhựa HDPE IV (Ecofys prototype)

Hầm VACVINA cải tiến (Vietnam, CCRD)

2 Bể Biogas

Hoạt động của bể Biogas gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tích khí và giai đoạn sử dụng khí

• Giai đoạn tích khí lúc đầu áp suất khí bằng 0

Khí bắt đầu sinh ra và tích lại ở phần trên của bể phân giải Khối không khí được tích lại càng nhiều và đẩy dịch phân giải dâng lên ở bể điều áp và ống lối vào Bề mặt dịch phân giải trong bể phân giải hạ xuống còn bề mặt dịch trong bể điều áp tăng lên Nếu khí không được sử dụng, dịch phân giải sẽ tiếp tục tăng đến lúc nào đó sẽ tràn khỏi bề điều áp qua đường xả tràn

Biogas

• Nước ta hiện nay

3 Làm sạch khí Biogas

•Loại bùn trong bể phân hủy

•Loại bỏ CO2, H2S đạt hiệu quả cao

+ Loại CO2 vì CO2 có thể hòa tan trong nước, do đó việc sục khí biogas qua nước coi là phương pháp điwon giản nhất để loại CO2 Ngoài ra còn có thể sử dụng dung dịch kiềm như NaOH, KOH, Ca(OH)2 để loại CO2

•Ts đầu vào = 56,60 g/l ; Ts đầu ra = 5,50 g/l

0 10 20 30 40 50

Ts

5,50

•COD là lượng oxygen cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu

cơ có trong nước Thông số này có ý nghĩa hàm lượng các chất hữu cơ

phân hủy bằng phương pháp hóa học càng nhiều, điều đó chứng tỏ mẫu

COD

COD

•BOD lượng oxy cần thiết để vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước

•BOD5 đầu vào = 24 980 mg/l

•BOD5 đầu ra = 1620 mg/l

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000

BOD5

BOD5

IV Ứng Dụng

• Quy mô nhỏ ở hộ gia đình

• Quy mô sản xuất trung bình

• Quy mô lớn

Quy mô hộ gia đình

Quy mô trung bình và lớn

• Ứng dụng trong sản xuất và thay thế nhiên liệu cho động cơ

• Ví dụ: đèn sử dụng biogas, máy phát điện chạy bằng biogas, nhà máy sử dụng biogas cung cấp điện, xe hơi tàu hỏa sử dụng nhiên liệu biogas

Máy phát điện chạy bằng biogas

Đèn thắp sáng bằng biogas

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Kĩ thuật xử lý chất thải trong công nghệ thực phẩm – Tài liệu

• Công nghệ sử lý nước thải bằng công nghệ sinh học – Lương Đức Phẩm

• Internet:

• luanvan.net.vn

• http://khotailieu.com/tai-lieu-chuyen-nganh

• http://vietnambiogas.org.vn

Thanks For Listening