Bioga-Bai ngam

Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất.. Kh

Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên

Khoa Tài nguyên và Môi trường

Bài Tiểu Luận

Vi Sinh Vật

Thái Nguyên, 2009

BIOGAS VÀ VI SINH VẬT TRONG LÊN MEN

BIOGAS

Giảng viên TS Dư Ngọc Thành Sinh viên Dương Thị Yến

1 Tổng quan về công nghệ Biogas

2 Các vi sinh vật trong bể bioga

Biogas hay còn gọi là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra

nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất.

Khí Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự

phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí) Thành phần Kh í Biogas :

Cơ sở lý thuyết của công nghệ Biogas

Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ

sinh ra một hỗn hợp khí có thể cháy

được : H 2 , H 2 S, NH 3 , CH 4 , C 2 H 2 ,… trong

đó CH 4 là sản phẩm khí chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên men tạo Metan ).

Sơ đồ quá trình lên men Metan :

Giai đoạn I Giai đoạn II Giai đoạn III

Acid propionic , Acid butyric ,Các rượu khác

và các thành phần khác

Khối Vi khuẩn

H 2 , CO 2 Acid acetic

Khối Vi Khuẩn

Giai đoạn I :

• Chất hữu cơ phức tạp:

• Chất hữu cơ đơn giản

(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)

Vi khuẩn closdium bipiclobacterium, bacillus gram âm không sinh

bào tử, staphy loccus.

(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)

Ở giai đoạn I này nhờ vào vi sinh vật các hydrates carbon  acid có phân tử lượng thấp (C 2 H 5 COOH, C 3 H 7 COOH,

CH 3 COOH …) và pH môi trường ở dưới

5 nên gây thối.

Giai đoạn II : hình thành acid (pha acid)

Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu

cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:

CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2

Các vi khuẩn tham gia trong pha này :

Vi khuẩn Sản phẩm (acid) tạo được

A.formic, A.axetic A.lactic, A.sucinic, Etanol A.formic, A.axetic, A.lactic, A.sucinic, Etanol

A.formic, A.axetic,A.sucinic

Giai đoạn III : hình thành khí Metan

Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH 4 ,

CO 2 , H 2 S, N 2 , H 2 , và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm).

ở giai đoạn này các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan:

Các vi khuẩn tham gia :

H 2 ,CO 2 , A.formic A.acetic

Acid(butyric,valeric, capropionic)

CO 2 , H 2 , A.acetic, Metanol

H 2 , A.formic

H 2 , A.formic Acid( acetic, butyric ) Acid( acetic, butyric )

Các phản ứng hoá học của quá trình lên men kỵ khí

• Cao p.tử  CO2 + H2 + CH3COO- + C2H5COOH +

Phương trình Năng luợng

-30 +80 -53

+84 -118

- Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt (lên men axit).

- Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như

CO2, N2, H2 và cả CH4 (bắt đầu lên men metan)

- Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu diệt

- Các vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4 (giai đoạn lên men

metan cò gọi là lên men kiềm).

Nhìn chung quá trình phân huỷ kỵ khí

2 Các vi sinh vật trong bể Biogas

Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt độ Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể

biogas như sau:

1 Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose

2 Nhóm vi khuẩn sinh khí metan

2.1 Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose:

Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực

trùng, có bào tử (spore) Theo A.R.Prevot, chúng có

mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium,

Caduceus, Endosponus, Terminosponus Chúng biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như Format, Acetat,

Alcool methylic, Methylamine Các chất này đều

được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan

Clostridium

2.2 Nhóm vi khuẩn sinh khí metan:

Nhóm này rất chuyên biệt và đã được

nghiên cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành:

3 bộ (Order)

4 họ (Family)

17 loài (Genus)

 Họ Methanococcaceae:

Có một chi Methanococcus gồm sáu loài sống ở môi

trường ấm hoặc nhiệt độ cao H2 + CO2 và format được sử dụng làm cơ chất sinh mêtan.

Phần lớn các loài đều có thể cố định CO2; nguồn nitơ, lưu

huỳnh được sử dụng là ammonium, nitơ khí, alanin, purin, sulfid và lưu huỳnh tự do.

 Họ Methanosarcinaceae:

Gồm toàn bộ các loài cổ khuẩn có khả năng sử dụng

acetat hoặc các hợp chất có nhóm methyl làm cơ chất để sinh mêtan Các loài thuộc họ này hoàn toàn không chuyển hoá format, và đa số không có khả năng phát triển trên nguồn cơ chất H2 + CO2 mà sử dụng acetate, methanol, H2 + CO2

làm cơ chất sinh mêtan.

Họ Methanomicrobiaceae:

Gồm sáu chi với hình thái khác nhau nhưng

giống nhau về các đặc điểm sinh lý Trừ một trường hợp ngoại lệ còn tất cả các loài đều sử dụng H2 +

CO2 và format làm cơ chất, có khả năng cố định

CO2, tuy nhiên acetat và pepton đều có tác dụng

kích thích sinh trưởng

Họ Methanocorpusclaceae:

Có đặc điểm gần với họ Methanomicrobia-ceae

và chỉ có 1chi, Methanocorpusculum, có tế bào hình

cầu nhỏ

Mét sè loµi vi khuÈn sinh khÝ mªtan

Methanospirillum

Methanosarcina

Methanococcus

Methanomicrobium Methanobacterium

Methanogenium Methanoculleus Methanosaeta

•Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng

một số chất nhất định Do đó việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan Có như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để

•Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát

triển mạnh là phải có lượng CO2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon

Mô tả kỹ thuật Biogas

Gây men chất hữu cơ theo mẻ :



Bã đã lên men Phản ứng

Nắp di động

Cửa khí ra

Nắp lấy phân

Cửa ra

Gây men chất hữu cơ liên tục

động (như phao nối )

Loại hấm sinh khí kiểu vòm cố định

Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động

Loại hầm sinh khí kiểu túi

Loại trừ H 2 S : dùng Na2CO3 hoặc hợp chất sắt

H2S + Na2CO3  NaHS + NaHCO3

Fe2O3 + 3H2S  Fe2S3 + H2O

*Phục hồi Fe 2 O 3 :

2Fe2S3 + 3O2  2Fe2O3 + 3S2

Loại trừ bùn trong bể phân huỷ

Thiết kế hầm Biogas

 III.1 Lựa chọn loại hầm thích hợp :

Việc lựa chọn hầm còn tùy thuộc vào điều kiện của khu vực xây dựng hầm (loại đất, loại đá,… ).

 III.2 Quy mô của hầm :

Tùy thuộc vào yêu cầu, điều kiện của người xây

dựng, cũng như lượng nguyên liệu cung cấp có

phong phú hay không.

Thiết kế hầm Biogas(quy mô vừa)

1 Lựa chọn nền móng: tùy vào khí hậu, đất, nước ngầm

2.Dung tích của hầm: dựa vào lượng khí

cần cho việc tiêu thụ và khí được dùng ra

sao Đảm bảo 1,5-2m3 / người

3.Tính toán – Thiết kế

Hầm sinh khí có hình cầu tròn

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Sơ lược về nguồn nguyên liệu và việc xử lý

nguồn nguyên liệu trước khi ủ

• 1 Nguồn nguyên liệu :

Là phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm nghiệp,

và các hoạt động sống , sản xuất và chế biến nông lâm sản.

• 2 Phân gia súc :

Là nguồn nguyên liệu chủ yếu hiện nay trong các hầm Biogas của nước ta.

Khả năng cho phân và thành phần hoá học

của phân gia súc,gia cầm :

Vật nuôi

Khả năng cho phân hàng ngày của 500kg v.nuôi

Thành phần hoá học ( % khối lượng phân tươi )

Thể tích :

m 3

Trọng lượng tươi (kg)

Chất tan dễ tiêu

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

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

0,38 0,70 0,83 0,31 1,20

0,10 0,20 0,47 1,20

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

I.3 Xử lý nguyên liệu :

• Nguyên liệu dùng để lên men tạo khí sinh

học rất là phong phú, đa dạng và trước khi

sử dụng cần phải chọn lọc kỹ và xử lý sao cho phù hợp với yêu cầu và chất lượng

Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và

Nguyên liệu Sản

lượng khí

m 3 /kg phân khô

57696068

109302021

Pha chế nguyên liệu, và hỗn hợp khí sau khi lên men

0,081 0,081

0,21 0,21 0,19 0,21

0,26 0,22

60,0 57,6 60,4 52,8

68,0 68,0

1,1 2,1 2,9 -

-

-34,4 38,4 34,4 44,0 30,6 -

Ứng dụng công nghệ Biogas

Sử dụng biogas ở quy mô nhỏ

• Máy phát điện chạy bằng

Biogas

• Đèn sử dung khí Biogas

Quy mô lớn hơn : ứng dụng trong sản xuất và thay thế nhiên liệu cho động cơ

Mô hình nhà máy sử dụng Biogas cung cấp điện

Xe hơi , tàu hoả sử dụng nhiên liệu biogas

Sử dụng năng lượng Biogas