công nghệ sản xuất khí biogas và ứng dụng

MỤC LỤC
TÓM TẮT 2
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 3
II. CÔNG NGHỆ BIOGAS 3
1. Khí biogas là gì 3
2. Nguồn nguyên liệu 3
3. Ứng dụng của khí biogas 4
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ BIOGAS 5
1. Quá trình lên men tạo Metan 5
2. Các yếu tố ảnh hưởng 7
IV. QUY TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS 8
1. Quy trình sản xuất Biogas 8
2. Cấu tạo bể chứa biogas 9
V. CÁC CÔNG NGHỆ BIOGAS PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM 10
1. Hầm biogas nắp cố định hình vòm hay phẳng 10
2. Hầm biogas nắp nổi (Indian) 10
3. Túi biogas bằng nhựa dẻo Polyethylene 11
4. Hầm ủ ống nằm ngang bằng bê tông và bằng composite 12
5. Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE hoặc FPP resins 12
VI. KẾT LUẬN 13
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO 14
VIII. SINH VIÊN THỰC HIỆN 14
I.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
1
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
TÓM TẮT TIỂU LUẬN
Bài tiểu luận này cung cấp các thông tin tổng quát về khí biogas, quy trình sản xuất và
ứng dụng của nó.
Phần I - Giới thiệu đề tài: giới thiệu đề tài của tiểu luận và nguyên nhân chọn đề tài.
Phần II – Công nghệ biogas: cung cấp các thông tin về khái niệm khí biogas, nguyên

liệu cần thiết để tạo khí biogas và các ứng dụng của nó trong sinh hoạt, sản xuất.
Phần III - Cơ sở lý thuyết của công nghệ biogas: nghiên cứu về cơ chế tạo ra khí
biogas và các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình này.
Phần IV – Quy trình sản xuất khí biogas: các bước cơ bản trong một quá trình sản
xuất khí biogas; cấu tạo và nguyên lí hoạt động của bể chứa khí biogas.
Phần V – Các công nghệ biogas phát triển ở việt nam: liệt kê các công nghệ sản
xuất đã xuất hiện ở Việt Nam và ưu – nhược điểm của mỗi công nghệ.
Phần VI – Kết luận: đánh giá tiềm năng ứng dụng của công nghệ biogas hiện tại và
trong tương lai xa.
Phần VII – Tài liệu tham khảo.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
2
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Hiện nay vấn đề tìm nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng hóa thạch đang là đề
tài lớn mà mỗi quốc gia đều đang phải đối mặt. Năng lượng tái tạo đang là giải pháp hàng
đầu được ưu tiên nghiên cứu.
Ngoài các nguồn năng lượng tái tạo phổ biến như mặt trời, gió, nước, … thì nguồn
năng lượng sinh khối cũng là một nguồn năng lượng giàu tiềm năng. Bài tiểu luận cung cấp
một nghiên cứu sơ lược về một loại năng lượng sinh khối đang được áp dụng rộng rãi, đó là
năng lượng biogas.
II. CÔNG NGHỆ BIOGAS
1. Khí biogas là gì.
Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ
sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 21
lần hơn khí carbonic (CO2).
Thành phần chính của Biogas là CH4 (50  60%) và CO2 (> 30%) còn lại là các chất
khác như hơi nước N
2
, O

2
, H
2
S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác
nhờ nhiệt độ từ 20 – 40
o
C.
Hình 1
Nhiệt trị thấp của CH4 là 37,71.103KJ/m3, do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử
dụng tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H
2
S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ,
sản phẩm của nó là SO
x
cũng là một khí rất độc. Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh
hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên
liệu của Biogas.
2. Nguồn nguyên liệu
Các loại bùn từ ao tù, đầm lầy, … phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm nghiệp,
và các hoạt động sống, sản xuất và chế biến nông lâm sản.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
3
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
Vi sinh vật thường sử dụng nguồn hữu cơ cacbon nhanh hơn sử dụng ni tơ khoảng 30
lần. Do vậy nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 30/1 sẽ thích hợp nhất cho lên men kỵ khí. Phân
động vật và các chất thải rắn như rơm rạ rất thích hợp cho lên men kỵ khí.
Trong thực tế người ta thường cố gắng đảm bảo tỷ lệ trên trong khoảng 20 – 40. Phân
gia súc có tỷ lệ C/N nằm trong giới hạn này nên được xem là nguyên liệu chủ yếu trong sản
xuất biogas.

Bảng 1: Khả năng cho phân và thành phần hoá học của phân gia súc,gia cầm:
Vật nuôi
Khả năng cho phân của
500kg vật nuôi/ngày
Thành phần hoá học
( % khối lượng phân tươi )
Thể tích
(m
3
)
Trọng lượng
tươi (kg)
Chất tan
dễ tiêu
Nitơ Photpho
Tỷ lệ
C/N
Bò sữa
Bò thịt
Lợn
Trâu
Gia cầm
0,038
0,038
0,028

0,028
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
Bảng 2: Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và thành phần của khí thu được :
Nguyên liệu
Sản lượng khí
m
3
/kg phân khô
Hàm lượng
CH

4
(%)
Thời gian lên
men (ngày)
Phân bò
Phân gia cầm
Phân gà
Phân lợn
Phân người
1,11
0,56
0,31
1,02
0,38
57
69
60
68

10
9
30
20
21
3. Ứng dụng của khí Biogas
Với quy mô nhỏ, hộ gia đình, khí biogas có nhiều ứng dụng thiết thực vào đời sống
như đun nấu, làm đèn thắp sáng, chạy máy phát điện, …
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
4
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG

Hình 2
Trong công nghiệp, người ta tinh chế khí biogas để tăng hàm lượng metan, bỏ các
thành phần có hại như SO
x
, H
2
S, … để tăng chất lượng, gần như khí thiên nhiên. Khí sau
khi tinh chế được sử dụng để phát điện, dùng làm nhiên liệu cho các phương tiện giao
thông như xe máy, ô tô và thậm chí là tàu hỏa.
Hình 3
III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ BIOGAS
Quá trình tạo ra khí biogas lá quá trình 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.

1. Quá trình lên men tạo Metan
Gồm 3 giai đoạn chính:
i. Giai đoạn 1
Các chất hữu cơ cao phân tử như protein, a.amin, lipid, … được vi sinh vật kị khí như
Closdium bipiclobacterium, Bacillus gram âm không sinh bào tử, staphy loccus, …
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
5
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
chuyển thành các các chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường, glyxerin, (gọi
chung là hydrat cacbon).
ii. Giai đoạn 2
Là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn metan để chuyển hầu như toàn bộ các
chất hydrat cacbon thành CH4 và CO2. Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH
giảm xuống rõ rệt
iii. Giai đoạn 3
Sản phẩm của giai đoạn 2 là nguyên liệu để phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp
khí : CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm).
Ta mô hình hóa thành sơ đồ sau:
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 Giai đoạn 3
Chất hữu cơ, carbohydrates, chất béo, protein.
H2 ,CO2
Acid acetic
Acid propionic, Acid butyric, Các thành phần khác
Khối Vi khuẩn
Khối Vi khuẩn
H2 , CO2
Acid acetic
Khối Vi khuẩn
CH4, CO2
Tác dụng của vi khuẩn lên men và thủy phân

Vi khuẩn
acetogenic
Vi khuẩn sinh khí Metan
Sơ đồ 1
2. Các yếu tố ảnh hưởng
Toàn bộ quá trình lên men Metan bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố:
 Đều kiện kỵ khí: không có O2 trong dịch lên men.
 Nhiệt độ: qui mô nhỏ thực hiện ở 30-350C, qui mô lớn có cơ khí hóa và tự đông hóa
thực hiện ở 50-550C.
 Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vi sinh vật giảm sinh trưởng và phát triển)
 Tỷ lệ Cacbon/Nitơ: 30/1 là tỷ lệ tốt nhất
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
6
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
 Tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1  7/1. Tỷ lệ pha loãng đối với
phân bò: 1/1, phân lợn: 2/1 đang được phổ biến nhất.
 Sự có mặt của không khí và độc tố: tuyệt đối không có oxy. Các ion NH
4
, Ca, K, Zn,
SO
4
ở nồng độ cao có ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh
metan.
 Đặc tính và tốc độ bổ sung nguyên liệu: bổ sung càng đều thì sản lượng khí thu
được cao
 Khuấy đảo môi trường lên men: tăng cường sự tiếp xúc cơ chất.
 Thời gian lên men: 30 – 60 ngày.
IV. QUY TRÌNH SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS
1. Quy trình sản xuất Biogas
Quy trình sản xuất tuân theo 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu: chọn lọc và xử lý nguyên liệu phù hợp với yêu cầu
sau: giàu xenluloza, ít lignin, NH4 ban đầu khoảng 2000mg/1, tỷ lệ C/N từ 20-30, hòa tan
trong nước (hàm lược chất khô 9-9,4% với chất tan dễ tiêu khoảng 7%)
Giai đoạn lên men: lên men theo mẻ, bán liên tục hoặc liên tục.
Giai đoạn sau lên men: thu và làm sạch khí.Nguyên liệu (phân, rác, …)
Phối chế (nguyên liệu, nước)
Lò phản ứng kỵ khí sinh mê tan
Thu khí
Mùn (chế biến phân bón)
Bổ sung giống VSV
Sử dụng
Đem sử dụng hoặc xử lý hiếu khí tiếp
Bùn thải
Tái sử dụng
Nước ra
Nước ra
Xử lý
Sơ đồ 2
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
7
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
2. Cấu tạo bể chứa biogas
Một bể biogas composite có cấu tạo và nguyên lí như sau:
i. Cấu tạo
Hình 4
Về mặt cấu tạo bể bao gồm 3 bộ phận chính là bể phân giải, bộ phận chứa khí và bộ
phận điều áp. Cả ba bộ phần này đều được kết hợp nằm trong một khối. Cả khối được
chôn chìm dưới mặt đất. Thiết kế của thiết bị compozite gồm:
 Bể phân giải;
 Ngăn chứa khí;

 Ống dẫn khí;
 Cửa nạp nguyên liệu (ống lối vào);
 Cửa xả (ống lối ra).
ii. Nguyên lí hoạt động
Nguyên liệu nạp được nạp vào bể phân giải qua cửa nạp nguyên liệu vào cho đến khi
ngập mép dưới của cửa, cửa nạp nguyên liệu và cửa xả khoảng 60 cm. Lúc này áp suất khí
trong bể phân giải bằng 0 (P=0).
Khí sinh ra được tích tụ trong ngăn chứa khi sinh ra áp suất đẩy dịch phân giải dâng
lên theo cửa nạp nguyên liệu và cửa xả. Độ chênh giữa hai bề mặt dịch phân giải cửa nạp
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
8
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
nguyên liệu/cửa xả và ngăn chứa khí tạo nên áp suất trong bể đẩy khí sinh ra vào ống thu
khí và đường ống dẫn khí đến nơi sử dụng.
Khí được lấy ra để sử dụng và khi sử dụng hết, áp suất trong ngăn chứa khí bằng 0,
thiết bị trở về trạng thái ban đầu. Vì cửa nạp nguyên liệu đã được bịt kín nên ở trạng thái
Pmax, dịch phân giải chỉ được đẩy ra theo cửa xả.
Trong quá trình hoạt động, bề mặt của dịch phân giải luôn luôn lên xuống làm cho tiết
diện luôn luôn thay đổi trong ngày do vậy có tác dụng phá váng. Năng suất khí
m3 khí/m3 phân giải/ngày 0,32 lượng khí đủ dùng. Sản lượng khí trung bình đạt 2,24
m3/ngày. Từ 10kg phân lợn trở lên hàng ngày có thể sản xuất được 400 - 500 lít khí, đủ để
cung cấp nhiên liệu cho gia đình 04 người sử dụng, đối với chiếu sáng có thể đạt độ sáng
tương đương đèn sợi tóc 60W
V. CÁC CÔNG NGHỆ BIOGAS PHÁT TRIỂN Ở VIỆT NAM
1. Hầm biogas nắp cố định hình vòm hay phẳng
Đây là loại hầm thông dụng và được nghiên cứu rộng rãi từ Trung Quốc năm 1936,
sau đó ở nhiều nơi khác cho tới nay. Được xây lắp từ gạch và xi măng, hầm có cấu trúc
vững và độ bền cao, biogas sinh ra có áp xuất cao. Tuy nhiên nhược điểm chủ yếu là cần
phải có kỹ thuật viên có tay nghề cao để xây dựng và bảo trì. Giá thành khá cao (5-10 triệu
đồng/hầm) cũng là một giới hạn của công nghệ này.

Hình 5
Trong những năm vừa qua, công nghệ loại này phát triển chủ yếu là loại hầm xây
gạch nắp vòm hay bán cầu. Thể tích hầm thướng biến động từ 5 đến 30 m3. Loại hầm này
chủ yếu xây phục vụ cho các chăn nuôi gia đình hay trại chăn nuôi nhỏ và vừa.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
9
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
2. Hầm biogas nắp nổi (Indian)
Xuất xứ từ Ấn độ năm 1956 do Jashu Bhai J Patel phát triển (Gobar Gas plant) sau đó
cải tiến thành mẫu KVIC. Có cấu trúc gọn, chiếm ít diện tích xây dựng nhưng do giá
thành cao hơn hẳn các loại hầm khác nên số lượng lắp đặt khá khiêm tốn. Ngoài ra, chất
lượng của nắp nổi cũng là một vấn đề cần quan tâm. Loại hầm này được một số cơ sở thiết
kế và xây dựng nhưng với số lượng ít.
Hình 6
3. Túi biogas bằng nhựa dẻo Polyethylene
Với chi phí chỉ bằng 1/4 - 1/5 giá hầm xây, túi ủ bằng polyethylene trở nên rất phù
hợp cho người sử dụng ở Việt nam. Đặc biệt túi ủ có thể lắp nổi trên mặt nước, rất thích
hợp cho những vùng ngập nước, vùng có mùa nước nổi như các tỉnh ở Đồng bằng sông
Cửu Long
Ưu điểm của biogas bằng chất dẻo so với hầm xây là:
 Kỹ thuật lắp đặt dễ dàng, chi phí lắp đặt thấp;
 Vận hành đơn giản, ít tốn chi phí vận hành;
 Sửa chữa dễ dàng, ai cũng làm được, không cần tay nghề cao.
 Có thể thay đổi vị trí đặt hầm ủ một cách dễ dàng;
 Có thể đặt nổi trên mặt nước ở những nơi thiếu diện tích đất.
Tuy nhiên một trong những điểm cần lưu ý khi sử dụng túi ủ bằng chất dẻo là việc
bảo vệ tránh nắng và tác động cơ học làm rách bịch.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
10
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG

Hình 7
Giá thành thấp (trên dưới 1 triệu đồng/túi), thời gian hoàn vốn nhanh nên công nghệ
này được sử dụng rộng rãi tại Việt Nam
4. Hầm ủ ống nằm ngang bằng bê tông và bằng composite
Nhằm đa dạng hoá các sản phẩm hầm biogas, gần đây, Trường ĐH Nông Lâm, ĐH
Bách Khoa và một số đơn vị khác đã thử nghiệm loại hầm biogas ống nằm ngang bằng bê
tông và bằng vật liệu composite với ưu điểm:
 Độ bền cao,
 Giá thành vừa phải,
 Kỹ thuật lắp đặt đơn giản,
 Vận hành thuận tiện, ít phải bảo trì, sửa chữa,
 Có thể chuyển đổi vị trí hầm ủ.
Loại hầm này cũng đã phát triển tốt ở một số tỉnh như Bến Tre, Long An, Tiền Giang.
Tuy nhiên, cần có một số nghiên cứu phát triển để các công nghệ này có thể ứng dụng
rộng rãi trong điều kiện của các cơ sở sản xuất trong các vùng khác nhau.
5. Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE hoặc FPP resins (còn gọi là CIGAR)
Đa số các công nghệ biogas vừa nêu trên đây chủ yếu thích hợp cho các cơ sở sản
xuất nhỏ và vừa với số lượng chất thải ít. Ngày nay, chăn nuôi tập trung, công nghệ chế
biến nông súc hải sản tập trung đang có xu hướng phát triển mạnh. Nhiều cơ sở lớn sử
dụng các lọai nhựa dẻo như HDPE, FPP resins làm tấm bạt phủ trên hố chứa phân và nước
thải (còn gọi là công nghệ CIGAR- Covered In-Ground Anaerobic Reactor) để thu biogas
và giảm ô nhiễm môi trường.
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
11
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
Hình 8
Kết quả cho thấy có rất nhiều triển vọng đặc biệt cho các trang trại với số đầu gia súc
lớn (hàng ngàn con), các nhà máy chế biến có lượng nước thải hàng ngàn khối. Các
lọai nhựa này có tuổi thọ và độ bền cao (10-15 năm), mặc dù đầu tư tốn kém, nhưng giá
thành tính trên đơn vị thể tích hố ga thì lại rất rẻ. Có một số số liệu về tính năng của các

chất liệu này ở một số nước trên thế giới. Các ưu, nhược điểm chính của công nghệ
CIGAR gồm:
 Chi phí đầu tư thấp so với hầm bê tông
 Vận hành đơn giản, bảo trì dễ
 Tỷ suất phát sinh khí Biogas thấp
 Hàm lượng TS trong dung dịch cấp vào thấp nên dung tích bể lớn
Các kết quả theo dõi vận hành các bể phản ứng CIGAR cho thấy thường sau năm thứ
3 có vấn đề tích luỹ chất rắn làm giảm hiệu quả phân huỷ.
VI. KẾT LUẬN
Việt Nam là nước có tỷ trọng nông nghiệp cao trong nền kinh tế với sản xuất quy mô
nhỏ phổ biến, các rác thải từ quá trình trồng trọt chăn nuôi của các hộ gia đình tuy phân
tán nhưng khá phong phú. Do đó áp dụng công nghệ sản xuất khí biogas quy mô nhỏ cho
mỗi hộ gia đình là một giải pháp phù hợp để phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt như thắp sáng,
nấu ăn, … góp phần giảm bớt quá tải cho các ngành sản xuất năng lượng (điện, xăng dầu)
đồng thời giảm bớt ảnh hưởng tới môi trường từ các quá trình phân hủy chất thải đó.
Trong tương lai xa, với các trại chăn nuôi lớn, tập trung thì việc sản xuất khí biogas
càng trở nên cần thiết để giải quyết rác thải và tạo ra nguồn khí biogas dồi dào phục vụ
cho các mục đích với quy mô lớn, như cung cấp nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện, làm
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
12
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG
nhiên liệu cho các phương tiện giao thông, … Biogas sẽ là một nguồn năng lượng đáng kể
để thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch đang có nguy cơ cạn kiệt.
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Thông tin:
1.
2.
nang-luong-biogas-tai-thi-xa-son-tay-thanh-pho-ha-noi-223814
3.
nang-luong-biogas-tai-thi-xa-son-tay-thanh-pho-ha-noi-223814

4.
option=com_content&view=article&id=1047%3Ain-mt-tri-co-th-to-ra-bc-t-
pha-v-kinh-t&Itemid=265
5.
lich-su-biogas-ung-dung-va-phat-trien.html
Hình ảnh:
1. Hình 1:
03e8b26_123.30.74.24_h1.jpg
2. Hình 2: />3. Hình 3:
123.30.74.24_h1.jpg
4. Hình 4: />5. Hình 5: />6. Hình 6: />biogas.jpg
7. Hình 7: />chay-biogas.jpg
8. Hình 8:
BioGasBus.png/ 800px-BioGasBus.png
VIII. SINH VIÊN THỰC HIỆN
Họ và tên: Nguyễn Văn Nhân
MSSV: 40901817
Lớp: VP09VT
Chương trình kỹ sư chất lượng cao Việt – Pháp, trường đại học Bách Khoa thành
phố Hồ Chí Minh.
THE END !
GVHD: NGUYỄN PHÚC KHẢI
13
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ ỨNG DỤNG