Tính toán thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình

Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
Họ và tên MSSV Nội dung
Lê văn Toàn 0810760
Nguyễn thành Nam 0810687
Mở đầu về công nghệ khí sinh học
Lê thị hồng Thắm 0810741
Phạm thị kiều Oanh 0810710
Trần hồng Ngọc 0810699
Lợi ích hầm biogas mang lại
Nguyễn đình Tài 0810730
Trần công duy Phương 0810717
Trần thị Tuyết 0810778
Phân loại hầm biogas
Ưu và nhược điểm mỗi loại
Hồ trọng Nghĩa 0810695
Tăng văn Thảo 0810739
Tính toán thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình 5
người
Thực tại ô nhiễm môi trường trong những thập niên gần đây đang là một
vấn đề cấp bách của xã hội, hiện tượng ô nhiễm môi trường thì đang diễn ra khắp
mọi nơi, đâu đâu cũng thấy rác thải và hiện tượng ô nhiễm trên các môi trường.và
việc ô nhiễm trong nông nghiệp chăn nuôi hiện đang là một vấn đề cấp thiết đang
đặt ra nhiều thử thách cho các nhà môi trường hiện nay.Cùng với việc tăng số lượng
gia súc đã làm tăng số lượng chất thải chăn nuôi và gây ô nhiễm môi trường. Do đó
việc đặt ra là quản lý chất thải chăn nuôi để vừa ngăn chặn tác nhân gây ô nhiễm từ
chất thải này vừa tái tạo năng lượng phục vụ sản xuất đang là vấn đề đặt ra cho
ngành chăn nuôi và các ngành công nghệ khác.
Vì vậy công nghệ biogas nói riêng và công nghệ khí sinh học nói chung đã
vạch ra cho người chăn nuôi một hướng giải quyết mới trong việc lựa chọn phương
án thiết kế thi công một công trình sử lý chất thải chăn nuôi một cách hiệu quả nhất.

Hơn nữa, chất thải sau khi xử lý bằng công nghệ biogas đã được kiểm nghiệm và
cho thấy đây là nguồn dinh dưỡng rất tốt cho cây trồng,vật nuôi và các loại động
thực vật thủy sinh. Ngược lại, nếu chưa xử lý, chất thải chăn nuôi sẽ là nơi chứa
nhiều mầm bệnh của các loại vi khuẩn gây bệnh, các chất hữu cơ, các chất chứa ni-
tơ và axit photphoric… do đó chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước mặt lẫn nước
ngầm. Nước mặt ô nhiễm chảy xuống sông, suối, ao hồ gây hiện tượng làm giàu các
chất dinh dưỡng trong nguồn nước. Khi phân hủy sẽ tạo ra mêtan và
amôniắc,hidrosunfua là những chất có mùi hôi thối, đồng thời gây hiện tượng nóng
lên của toàn cầu. Vì thế quản lý chất thải chăn nuôi bằng công nghệ biogas đã làm
hạn chế phát thải, mang lại lợi ích thiết thực cho người sử dụng,và đặc biệt là mang
lại một nguồn lợi ích không nhỏ cho người chăn nuôi.
Trang 1
Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
Các chât hữu cơ như phân động vật, xác động vật và thực vật thường bị thối
rữa và chuyển hóa thành các chất khác. Quá trinh này được gọi là quá trình phân
hủy, diễn ra trong đó do rất nhiều tác động nhưng vai trò quan trọng nhất là của các
vi sinh vật nhỏ bé mà mắt thường không thể thấy và chủ yếu là các vi khuẩn kị
khí.Quá trình xẩy ra trong môi trường không có oxy nên được gọi là quá trình phân
hủy kị khí. Sản phẩm khí thu được là một hỗn hợp khí gọi là khí sinh học,khí
biogas. Thành phần chủ yếu của khí là khí CO
2
,CH
4
và H
2
O. Khí CH
4
có thể cháy
được nên được ứng dụng để làm chất đốt và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác.

Trong thiên nhiên quá trình phân hũy kị khí của xác sinh vật cũng sảy ra ở
đáy ao hồ nước đọng vì ở đó không có O
2
. Khí sinh học trong trường hợp này được
gọi là khí bùn ao hoạc là khí đầm lầy. Ngoài ra khí đốt thiên nhiên cũng có bản chất
như khí sinh học. khi này được hình thành qua nhiều thời kì địa chất nên có hàm
lượng CH
4
rất cao,khoản trên 90%. Ngoài ra quá trình phân hủy kị khí cũng xảy ra
trong đường tiêu hóa của các động vật. khí này được tích tụ lai có thể dẫn đến bệnh
đầy hơi ở động vật.
Ngày nay nhờ áp dụng hiện tượng phân hủy kị khí của xác sinh vật nói
trên để sinh khí CH
4
thì công nghệ khí sinh học được áp dụng rất rộng rãi trong
và ngoài nước để sử dụng làm khí đốt và giải quyết ô nhiễm môi trường.
Nguyên liệu để sản xuất khí sinh học cũng là những chất rất phổ biến trong
nền sản xuất nông nghiệp, đa số là những phụ phẩm của nông nghiệp và
thường thì bị bỏ đi như: những hợp chất hữu cơ, phân các loại động vật, thân
các loài thực vật như bèo cỏ, rơm rạ.
Quá trình sản xuất khí sinh học là quá trình tiến hành lên men sinh học
cho các chất hữu cơ như : các chất thải nông nghiệp, phân và một số chất thải
công nghiệp trong môi trường yếm khí để sinh ra khí metan, cacbondioxit và
thành phần sunfithidro. Ngoài việc sản sinh ra các khí trên, việc lên men các
chất hữu cơ còn thay đổi chúng thành những chất ở dạng nhão, có giá trị dinh
dưỡng cao để làm phân bón cho cây trồng.một lợi ích phụ của quá trình này là
tạo ra môi trường tốt cho sức khỏe của cộng đồng. vi khuẩn có hại sẽ bị quá
trình lên men các chất hữu cơ hủy diệt và quá trình sinh khí sẽ hủy diệt các vi
khuẩn gây mầm bệnh. Vi khuẩn sinh ra bệnh tật thông thường tập trung cao ở
thể phân và nó đe dọa sức khỏe con người.

Do ba yếu tố có lợi nêu trên của quá trình sinh khí, nên sử dụng khí sinh
học làm chất đốt, năng lượng là rất phù hợp trong khu vực nông nghiệp, nơi
mà có nguồn dự trữ thức ăn sẵn.sản xuất khí sinh học sẽ cho một tiềm năng to
lớn đối với các vùng thiếu năng lượng ở các nước kém và đang phát triển. một
số nước đang phát triển có nguồn sinh khí to lớn đang chờ đợi để khai thác.vậy
công nghệ khí sinh học đang mở ra một hướng đi mới góp phân giải quyết vấn
đề năng lượng và môi trương.
Việc ứng dụng công nghệ sản xuất khí sinh học từ nguồn chất thải chăn
nuôi đã được các nhà khoa học trên thế giới thực hiện từ những năm 1930. Ở
Việt Nam, Biogas được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm đầu của thập
niên 60 và bước đầu đã mang lại những kết quả khả quan. Nhìn chung thì
Trang 2
Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
nguyên lý hoạt động chung của các hầm biogas cũng hết sức đơn giản, toàn bộ
hệ thống được chia ra ba phần là bộ phận nạp nguyên liêu, hầm phân hủy và
bộ phận điều áp hay là bộ phận đưa chất thải ra ngoài. Trong đó bộ phận chính
là hấm sinh khí, hầm này có nhiều kiểu hình dạng và kích thước khác nhau tùy
thuộc vào mỗi loại hầm và nhu cầu sử dụng cũng như là nguồn nguyên liệu mà
ta có thể cung cấp hàng ngày hay định kỳ (đối với hầm ủ theo mẻ ). Tại hầm
sinh khí thì nguyên liệu đầu vào của ta là các loại phân hữu cơ và các xác thực
vất sẽ bị các vi khuẩn kị khí phân hủy theo lối kị khí và sinh ra khí
metan(50-60 % ), cacbonic (30 % ),còn lại là hơi nước, hidrosunfua và một số
chất khác….trong đó có khí metan là khí cần thiết cho mục đích của con
người,hỗn hợp khí này sẽ được đi theo một đường ống và dẫn tới các thiết bị
sử dụng theo mục đích của con người,còn lại là phân và các chất bã sẽ được
thải ra ngoài qua hệ thống thải bã. Cứ như thế nguyên liệu được nạp vào một
cách liên tục và quá trình cứ diễn ra một cách tự động nhờ vào sự chênh lệch
áp xuất giữa bên trong và bên ngoài do khí được sinh ra.
I. Lợi ích của khí sinh học và biogas .

Như đã nói trên thì việc phát triển mạnh công nghệ khí sinh học thành
công đã mang lại rất nhiều những tiện lợi cho cuộc sống của người dân và góp
phần vào việc giải quyết triệt để vấn đề môi trường,đặc biệt là trong ngàng
chăn nuôi có thể nói công nghệ này mang lại rất nhiều lợi ích, và góp phần rất
lớn trong việc phát triển kinh tế đất nước và đặc biệt là đối với các nước đang
phát triển như chúng ta hiện nay.
Đối với nước ta hiện nay mặc dù công nghệ này mới được phát triển
cách đây không lâu,khoản đầu thập niên 60 nhưng đã mang lại rất nhiều lợi
ích, chúng ta sẽ tìm hiểu một số lợi ích chính mà biogas đã mang lại như.
- Thứ nhất lợi ích về mặt xã hội
- Thứ hai lợi ích trong nông nghiệp
- Thứ ba lợi ích môi trường.
1. giải quyết vấn đề chất đốt,lợi ích xã hội
Việc phát triển khí sinh học là một bước tiến quang trọng để tiến tới
giải quyết vấn đề thiếu chất đốt ở nông thôn, đó là mối quan tâm của cộng
đồng dân cư nông thôn. Sử dụng biogas, một chất đốt thu được từ các nguồn
sinh vật dồi dào trong tự nhiên, là một nguồn thay thế cho các nhiên liệu rắn
như than và củi đã mang lại một sự thay đổi cơ bản trong lịch sử chất đốt đối
với các vùng nông thôn. Đó là một sáng tạo kỹ thuật quan trọng không chỉ giải
quyết chất đốt cho nông dân và các dân cư ở nông thôn mà còn tiết kiệm được
một lượng lớn than cho quốc gia. Nó đã đóng vai trò to lớn trong việc kích
thích sản xuất công nông nghiệp và còn tạo nên một môi trường hợp tác trong
nông thôn.
Trang 3
Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
Phát triển biogas còn giải quyết được một số vấn đề nảy sinh khác do
thiếu chất đốt.rơm rạ để làm chất đốt có thể đưa ra cánh đồng làm phân bón
cải thiện đất trồng trọt và cho phép đẩy mạnh thâm canh nông nghiệp, bã thải
biogas còn dùng làm thức ăn khô cho gia súc. Một lượng lớn lao động trước

đây dùng để kiếm củi và vận chuyển than có thể đưa vào sản xuất nông
nghiệp. việc giảm nhu cầu đun củi đã giảm được nạn phá rừng và tăng thêm
diện tích rừng. Tiền để mua than và nhiên liệu rắn khác có thể tiết kiệm được
và giảm nhẹ gánh nặng tài chính cho người nông dân. Số lượng lớn than nhà
nước cung cấp cho nông thôn và chi phí khổng lồ vào việc vận chuyển cũng sẽ
tiết kiệm được để đưa vào xây dựng công nghiệp. sau khi phát triển biogas
người phụ nữ được giải phóng khỏi các việc vặt trong gia đình và có thể tham
gia vào sản xuất nông nghiệp
nhiều hơn.
Biogas có thể dùng để
thắp sáng và công suất của loại
đèn dùng biogas cũng rất đa
dạng có thể đáp ứng được nhu
cầu của mọi người.
2. kích thích sản xuất nông
nghiệp
Phát triển biogas là một
con đường quan trọng để kích
thích sản xuất nông nghiệp, không chỉ bằng việc đưa rơm rạ trở lại cánh đồng
và tiết kiệm lao động, mà còn làm tăng trưởng đáng kể số lượng và chất lượng
phân hữu cơ. Phân người và súc vật, rơm rạ và chất thải thực vật, các loại lá
cây đều có thể trở thành phân bón sau khi lên men qua phân hủy ở những
hầm biogas đậy kín không khí. Thành phần nitơ của chúng được chuyển thành
amoniac dễ dàng hấp thụ hơn đối với các cây trồng, như vậy cải thiện được
phân bón. Theo kết quả nghiên cứu của các viện nông nghiệp thì thành phần
amoniac của phân hữu cơ được ủ men trong 30 ngày ở một hầm biogas đã tăng
lên 19.3% và thành phần photphat hưu ích tăng lên 31.8%.ủ kín phân hữu cơ
này trong các hầm biogas cũng ngăn cản được sự bốc hơi và mất mát amoniac.
Phân được ủ trong các hầm biogas đã chứng tỏ làm tăng năng suất nông
nghiệp. theo thực nghiêm, năng suất ngô có thể tăng 28%.lúa nước tăng 10% .

lúa mì tăng 12,5% . bông tăng 24,7%.
Nếu dùng nước thải từ hầm biogas để ngâm hạt giống thì số lượng hạt
giốn này mầm sẽ tăng cao hơn hẳng so với hạt giống không được ngâm
phân,ngoài ra thì khí biogas còn được sử dụng ở một số nước tiến để bảo quản
hoa quả được lâu hơn.
Các thân cây, các loại cỏ dại mọc ở nước, lá cây và các chất thải khác
đều là những vật liệu tốt cho việc sản xuất biogas . Người nông dân có thể
Trang 4
Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
tích trữ được các vật liệu này để đưa vào hầm biogas trong bất kỳ thời gian
nào, do vậy làm tăng nguồn phân bón cho cây trồng. Các chất hữu cơ như
phân động vật, các loại cây xanh, sau khi phân hủy để sản xuất biogas lại trở
thành một loại phân hữu cơ giàu dinh dưỡng. các nguyên tố N,P,K của nguyên
liệu sau khi phân hủy hầu như không bị tổn thất mà lại chuyển hóa sang dạng
phân mà cây trồng dễ hấp thụ. Thí nghiệm đã cho thấy phân được phân hủy
trong thiết bị biogas so với phân được lưu giữ trong bể chứa phân để hở có
hàm lượng nitơ tổng số cao hơn là 14% và hàm lượng nito amoni cao hơn là
19,4%. Bã thải của thiết bị cả phần lỏng và phần đặc khi sử dụng để bón cho
cây đều cho năng suất tăng. khi được bón loại phân này thì cây trồng phát triển
khỏe mạnh ít sâu bệnh. Tác dụng cải tạo đất của phân KSH cũng thể hiện rõ
sau 2 – 3 năm bón liên tiếp.
- cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi
Chăn nuôi gia súc gia cầm: khi các chất hữu cơ phân hủy kỵ khí, một
phần quan trọng được chuyển hóa thành các axit amin mới do quá trình tăng
trưởng sinh khối của các vi khuẩn. Chẳng hạn với phân trâu, bò người ta đo
được toàn bộ các axit amin đã tăng 230% sau khi phân hủy. Ngoài ra một
lượng lớn B12 đáng kể được tổng hợp trong quá trình phân hủy.
Nuôi thủy sản khi sử dụng bã thải làm thức ăn cho cá thì, các chất dinh
dưỡng kích thích sự phát triển của các thực vật phù du lẫn các động vật phù du

là nguồn thức ăn cho cá. Do vậy sản lượng cá tăng đáng kể.
3. biogas là sự cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường.
Phát triển chương trình biogas cũng là con đương hiệu quả để giải
quyết vấn đề phân bón và cải thiện vệ sinh môi trường, tiêu chuẩn sức khỏe ở
nông thôn. Nó là biện pháp để thủ tiêu các trứng sán, giun, và các loại ký sinh
trùng khác sống trong mọi loại phân. Thu gom tất cả các phân thải của gia súc
và người vào một hầm biogas là cách giải quyết vấn đề chất thải tốt nhất .
Viện ký sinh trùng của nhiều nước đã công bố rằng: sau khi ủ lên men,
bã thải chỉ còn rất ít trứng các ký sinh trùng.giun sán giảm bớt 95%. số lượng
trứng sán, giun và các ấu trùng gây hại khác tìm thấy có thể giảm tới 99%.
Nơi nào phát triển hầm khí sinh vật tốt, nơi đó sẽ kiểm soát có hiệu quả
các bệnh về kí sinh trùng và bệnh giun sán, vệ sinh nông thôn được biến đổi
tốt hơn, người làm nông nghiệp được bảo vệ, tiêu chuẩn chung về bảo vệ sức
khỏe được nâng lên rõ rệt.
Ngoài ra như trên ta đã nói thì trong thành phần khí sinh học do phân
hủy xác của các sinh vật nên có một lượng lớn khí metan khoản trên 50%
lượng khí thoát ra và 30% còn lại là cacbonic và hơi nước, đây là các khí góp
một phần rất to lớn trong việc gây nên hiệu ứng nhà kính, một vấn đề nóng
bỏng không kém. Như vậy việc gom xác động thực vật lại để phân hủy một
chỗ và sử dụng khí metan là một cách góp phần giảm nguy cơ gây hiệu ứng
nhà kính.
Trang 5
Bài tiểu luận: Mtk32 Tính Toán Thiết Kế Mô Hình Biogas Cho Hộ
Gia Đình
4. biogas và vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp
Phát triển biogas cũng có thể tạo nên một nguồn nhiên liệu mới cho
việc cơ giới hóa nông nghiệp. Hiện nay, ở một số quốc gia trong đó có Việt
Nam, biogas được dùng với số lượng lớn không chỉ để nấu ăn, thắp sáng, mà
còn để kéo các máy nông nghiệp.
Biogas được dùng như một loại nhiên liệu chất lượng cao để nấu ăn và

thắp sáng, cũng như cơ giới hóa, điện khí hóa nông nghiệp: biogas được dùng
để chạy các máy phát điện công suất nhỏ quy mô hộ gia đình, và một số động
cơ khác. Ta có thể nêu một vài con số tổng quát để lập kế
hoạch khi cần thiết. một mét khối biogas thắp sáng một
ngọn đèn 60W trong 6-7 giờ, hoặc chạy động cơ đốt
trong 1 mã lực làm việc được 2 giờ, tương đương với
năng lượng của 0,6 – 0,7 kg xăng. Nó cũng có thể sản ra
được 1,25kWh điện năng. Để thuận lợi trong việc vận
hành các thiết bị khí sinh học người ta thường cải tiến
các thiết bị dùng các loại nhiên liệu cũ để dùng nhiên liệu mới như là bộ chế
hòa khí GATEC dùng để cải tiến máy nổ có thể dùng song song cả hai loại
nhiên liệu là khí biogas và xăng hoặc dầu.
II. Phân loai hầm biogas
Các loại hầm Biogas hiện nay được chia ra thành hai loại chính theo
cách thức nạp nguyên liệu, đó là kiểu nạp nguyên liệu theo kiểu bán liên tục
và nạp theo mẻ.
1. Loại bán liên tục
a, loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định
Trang 6