Công nghệ sản xuất biogas sạch

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
LỜI NÓI ĐẦU
Vấn đề rác thải nông nghiệp ở nông thôn nói chung và rác thải chăn nuôi nói
riêng hiện đang là một vấn đề đáng lo ngại của ngành nông nghiệp hiện nay, do vậy
việc giải quyết vấn đề này vẫn còn đang là một bài toán khó.
Ngành chăn nuôi thế giới hiện chiếm 70% diện tích đất nông nghiệp và 30%
diện tích đất tự nhiên (không kể diện tích đất bị băng bao phủ). Chăn nuôi đóng góp
khoảng 40% tổng GDP nông nghiệp toàn cầu. Tuy nhiên, bên cạnh việc sản xuất và
cung cấp một lượng lớn sản phẩm quan trọng cho nhu cầu của con người, ngành
chăn nuôi cũng đã gây nên nhiều vấn đề tiêu cực về môi trường. Ngoài chất thải rắn
và chất thải lỏng trực tiếp được thải ra hàng ngày thì còn có sự hình thành và thải ra
một cách gián tiếp các khí thải gây hiệu ứng nhà kính như: CO
2
, CH
4
, N
2
O… chăn
nuôi hiện đang đóng góp tới 18% hiệu ứng nóng lên của trái đất, và theo dự đoán
các loại chất thải này sẽ tăng lên trong thời gian tới. Theo dự báo về nhu cầu từ các
sản phẩm chăn nuôi của thế giới, nguồn thực phẩm có nguồn gốc động vật sẽ tăng
lên gấp đôi trong nửa đầu thế kỷ này. Do vậy chúng ta phải hướng tới một ngành
chăn nuôi chất lượng cao, không chỉ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của
con người về các sản phẩm có nguồn gốc động vật mà đồng thời phải chịu trách
nhiệm với chính con người về mặt môi trường và xã hội.
Ở nước ta, chất thải chăn nuôi cũng đã trở thành vấn nạn. Theo báo cáo của Cục
chăn nuôi, hàng năm đàn vật nuôi của Việt Nam thải ra 80 triệu tấn chất thải rắn
gồm :phân, thức ăn thừa,xác gia súc, gia cầm chết, và các chất thải lò mổ, vài chục
tỷ khối chất thải lỏng và hàng trăm triệu tấn chất thải khí. Do vậy mà việc xử lý chất
thải chăn nuôi ngày càng được các cơ quan quản lý nhà nước, cộng đồng và chính
những người chăn nuôi quan tâm. Tuy nhiên, ước tính hiện nay, chỉ có khoảng 40-

70% chất thải rắn được xử lý. Số còn lại thải thẳng ra ao, hồ, kênh, rạch Chất thải
rắn có nguy cơ ô nhiễm do ít được xử lý triệt để như chất thải của trâu, dê, cừu.
Đặc biệc trong ngành chăn nuôi lợn thì phải đối mặt với lượng chất thải rất
lớn và nặng mùi khó chịu. Nguyên nhân là do lợn thải phân khoảng 2kg/con/ngày
nhưng do lợn hiện được chăn nuôi theo phương thức công nghiệp, lượng thức ăn
tinh nhiều nên phân thường ít theo khuôn, mùi hôi nồng nặc, rất khó chịu. Chưa kể
chất độn chuồng và trong chăn nuôi lợn không được xử lý triệt để không những ảnh
SVTH: NHÓM 11 Page 1
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của đàn lợn, đến sức khoẻ của người chăn nuôi, dân
cư quanh vùng mà còn ảnh hưởng tới thành phần cơ giới đất, gây hiện tượng phì
dưỡng, ảnh hưởng tới chất lượng nước ngầm, ô nhiễm không khí…
Trong phân lợn nói riêng và trong các rác thải nông nghiệp nói chung có
nguy cơ ẩn chứa rất nhiều mầm bệnh, do sự có mặt của rất nhiều chủng loại vi
khuẩn có hại khác nhau, trong đó có sự có mặt của các loài nguy hiểm nhu e. coli,
các trứng giun, sán và đây cũng là môi trường thuận lợi cho các sinh vật có hại
khác phát triển. Và khi được phân hủy thì phân này cũng tạo ra các khí có mùi khó
chiệu,ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người như H
2
S.và các khí gây hiệu
ứng nhà kính: CO
2
, NH
3
, H
2
O…
Như vậy vấn đề đặc ra là phải tìm được một giải pháp sao cho trước hết là
giải quyết được vấn đề ô nhiễm, thứ hai là có thể biến nguồn rác thải có hại đó trong
ngành chăn nuôi thành một nguồn nguyên liệu có ích mà phục vụ được lợi ích cho

con người trong sinh hoạt và sản xuất.
Một trong những công nghệ mà cho đến hiện nay có thể phần nào đáp ứng
được những yêu cầu về giải quyết chất thải chăn nuôi và làm cải thiện môi trường
trong chăn nuôi đó là công nghệ khí sinh học, biogas.
MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích của đề tài
Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp khí biogas sạch để chạy máy phát điện,
cho nhu cầu đun nấu, nhu cầu thắp sáng,chạy máy bơm nước sử dụng khí Biogas ở
trại chăn nuôi, qua đó tận dụng được nguồn năng lượng tại chỗ. Việc tận dụng các
nguồn năng lượng sạch tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp cho tiết kiệm được kinh phí,
làm giảm giá thành sản phẩm, tăng thu nhập, góp phần đẩy mạnh công cuộc công
nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, đảm bảo sự phát triển bền vững
của đất nước.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Khí Biogas là khí thiên nhiên được sản xuất khá rộng rải ở nước ta hiện nay,
đặc biệt ở vùng nông thôn vì vậy việc sử dụng nhiên liệu khí Biogas để làm nhiên
liệu chạy động cơ đốt trong sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO
2
, NO
x
, HC, CO
góp phần thực hiện các công ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết
SVTH: NHÓM 11 Page 2
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
tham gia. Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu Biogas mà
hiện nay chúng ta đang lãng phí, tránh gây khó khăn cho việc cất giữ loại nhiên liệu
này.
Đồ án Công Nghệ Sản Xuất Biogas Sạch được chúng em thực hiện dưới sự
chỉ bảo tận tình của thầy Nguyễn Quốc Hải, nhằm mục đích mang lại sự hiểu biết
và những lợi ích trong việc áp dụng công nghệ này, để trong tương lai không xa

những mô hình này sẽ được nhân rộng góp phần bảo vệ môi trường, giảm bớt
nguồn tiêu thụ năng lượng cho quốc gia.
Tuy nhiên vì kiến thức còn hạn hẹp do đó trong quá trình thực hiện không
thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ dẫn của quý thầy cô và
các bạn để chúng em có thêm nhiều kiến thức chuyên môn hơn nữa,
Em xin chân thành cảm ơn!
SVTH: NHÓM 11 Page 3
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
I. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT
I.1 Tổng quan về năng lượng
Năng lượng là điều kiện tất yếu cho sự tồn tại và tiến hóa của mọi sinh vật.
Trong quá trình phát triển xã hội loài người nguồn năng lượng thường xuyên
chuyển dịch từ dạng này sang dạng khác. Dạng năng lượng thiên nhiên đầu tiên
được con
người sử dụng là năng lượng mặt trời, được sử dụng một cách tự nhiên để soi sáng,
sưởi ấm, phơi khô lương thực, thực phẩm và các đồ dùng. Tiếp đó là năng lượng gỗ
củi, rồi tới năng lượng nước, gió, năng lượng kéo của gia súc, năng lượng khai thác
từ than đá ngự trị trong thế kỷ 18-19. Năng lượng dầu mỏ thay thế vị trí của than đá
trong thế kỷ 20 và từng bước chia sẻ vai trò của mình với năng lượng hạt nhân. Các
dạng năng lượng mới ít ô nhiễm như năng lượng mặt trời , năng lượng nước, năng
lượng gió , thủy triều, năng lượng vi sinh vật với những phương pháp và phương
tiện công nghệ tiên tiến cũng đang mở rộng phạm vi hoạt động của mình.
Nhu cầu năng lượng của con người tăng lên nhanh chóng trong quá trình
phát triển. 1000 năm trước công nguyên, mỗi ngày người tiêu thụ khoảng 4000 đến
5000 Kcal. 500 năm trước công nguyên tăng lên 1200Kcal. Đầu thế kỷ 15 lên tới
26000Kcal, giữa thế kỷ 19 là 70000Kcal và hiện nay là trên 200000Kcal.
I.1.2 Tổng quan về năng lượng tái sinh Biogas
Nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh từ lâu đã được các nhà
khoa học quan tâm, đặc biệt là từ sau khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng dầu
mỏ năm 1973. Cuộc khủng hoảng sau đó được khắc phục, tuy nhiên nguy cơ của nó

vẫn luôn rập rình. Những năm gần đây, giá dầu thô liên tục gia tăng, có lúc đã vượt
ngưỡng 100USD/thùng trong năm 2007. Mặc dù các nước xuất khẩu dầu mỏ đã sử
dụng hết công suất hiện có để sản xuất nhưng cũng rất khó khăn mới có thể làm hạ
nhiệt cơn sốt giá dầu thô. Với mức khai thác như hiện nay, trữ lượng dầu thô trong
lòng đất sẽ cạn kiệt trong tương lai không xa. Việc chuyển dần sang sử dụng các
loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính sách năng
lượng của nhiều quốc gia phát triển.
Sự gia tăng các nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển kể từ khi nhân
loại bước vào thời kỳ công nghiệp đã đặt ra những vấn đề hết bức xúc về môi
SVTH: NHÓM 11 Page 4
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
trường. Thủ phạm chính gây ra các chất ô nhiễm trong bầu không khí là sản phẩm
cháy của nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt ). Trong khí thải có những
chất trực tiếp gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người như CO, HC, NO
x
, SO
2
, bồ
hóng và những chất gây tác động xấu đến môi trường, đặc biệt là CO
2
, chất khí
gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất. Nhiều hội nghị cấp cao quốc tế và
khu vực đã bàn giải pháp giảm thiểu CO
2
trong sản xuất và đời sống và người ta đã
đạt được những thỏa thuận quan trọng trong các công ước quốc tế Kyoto, LaHaye
và Việt Nam cũng đã cam kết thực hiện. Theo các Công ước này các quốc gia cần
áp dụng các giải pháp rút giảm mức độ phát thải CO
2
bằng cách nâng cao hiệu quả

sử dụng năng lượng, sử dụng các nguồn năng lượng sạch, sử dụng năng lượng tái
sinh. Năng lượng tái sinh có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng
lý tưởng nhất.
Cũng như dầu thực vật, khí Biogas là nhiên liệu trung hòa CO
2
trong khí
quyển. Biogas là kết quả phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không
khí. Các chất hữu cơ (cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế
biến thực phẩm ), các chất thải từ quá trình chăn nuôi vv. Biogas chứa chủ yếu
methane (50-70%) và CO
2
(25-50%) và các tạp chất khác như H
2
S, CH
4
được mệnh
danh là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao. 1m
3
CH
4
khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng
tương đương với 1,3kg than đá, 1,15 lít xăng, 1,7 lít cồn hay 9,7kwh điện. Nếu sử
dụng Biogas làm nhiên liệu, 1m
3
khí Biogas có thể cung cấp cho động cơ 1 sức
ngựa chạy trong 2 giờ . Vì vậy nếu khí Biogas được lọc sạch các tạp chất thì chúng
sẽ là nguồn nhiên liệu thay thế rất lý tưởng để chạy động cơ đốt trong trên cơ sở các
thành tựu đã đạt được về động cơ sử dụng nhiên liệu khí.
Phong trào xây dựng các hầm khi Biogas qui mô gia đình và ở các hộ chăn
nuôi gia súc ở nước ta cũng đã được phát triển. Khí Bioags hiện nay chủ yếu được

dùng để thay thế chất đốt. Kết quả đem lại rất tích cực cả về hiệu quả kinh tế lẫn
bảo vệ môi trường. Nguồn khí Biogas nhận được từ các hầm khí sinh học đã cung
cấp năng lượng phục vụ việc đun nấu, do đó hiện tượng chặt phá rừng làm chất đốt
ở nông thôn phần nào đã được kiểm soát. Tuy nhiên nhu cầu năng lượng ở nông
thôn không phải chỉ dừng lại ở đó. Trong thực tế sản xuất và sinh họat ở nông thôn
hiện nay, những động cơ cỡ nhỏ kéo các máy công tác thông thường như bơm nước,
SVTH: NHÓM 11 Page 5
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
phát điện, xay xát, máy lạnh để bảo quản sản phẩm nông nghiệp Có nhu cầu sử
dụng rất lớn. Sử dụng khí Biogas để chạy các loại động cơ này sẽ giúp cho người
nông dân tiết kiệm được chi phí năng lượng, giảm giá thành sản xuất và góp phần
tích cực vào việc cải thiện đời sống người dân.
Trên thế giới người ta đã sản xuất những động cơ cỡ lớn sử dụng khí Biogas
của các bãi rác làm nhiên liệu để sản xuất điện năng. Tuy nhiên các động cơ cỡ nhỏ
(công suất nhỏ hơn khoảng 7kW) chạy bằng khí Biogas chưa được nghiên cứu phát
triển. Từ năm 1995, Bộ môn Động Lực Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã
hình thành nhóm nghiên cứu động cơ sử dụng nhiên liệu khí. Hơn 10 năm nay,
nhóm này đã nghiên cứu thành công và đưa ra thị trường bộ phụ kiện chuyển đổi
nhiên liệu LPG/xăng cho xe gắn máy. Kết quả này cũng được ứng dụng trên tàu
thuyền nhỏ chạy trên sông sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG. Trên cơ sở những
kinh nghiệm và kết quả đã đạt được đối với xe gắn máy chạy bằng ga, chúng ta có
thể nghiên cứu chế tạo bộ phụ kiện cho phép chuyển đổi động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ
chạy bằng xăng sang chạy bằng khí Biogas.
Nước ta có hơn 80% dân số sống ở nông thôn. Việc tận dụng các nguồn năng
lượng tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp cho nông dân tiết kiệm được kinh phí, làm giảm
giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người dân. Sử dụng động cơ nhiệt chạy bằng
khí Biogas để kéo máy công tác trong sản xuất và đời sống ở nông thôn vì vậy có ý
nghĩa rất thiết thực. Mặt khác việc sử dụng nguồn năng lượng này trong sản xuất và
đời sống còn góp phần giảm thiểu chất thải, bảo vệ tài nguyên và môi trường.
I.1.3. Sự cần thiết phải có nguồn nhiên liệu thay thế.

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra
dầu hỏa, còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử
dụng đến và phải đem đổ đi một nơi thật xa. Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với
mục đích thắp sáng hoặc đun nấu đơn thuần. Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và
kỹ thuật, từ việc sử dụng những động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con
người đã tìm cách để sử dụng xăng và dầu diezel cho động cơ đốt trong, loại động
cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệu quả cao hơn hẳn. Cùng với những khám phá khoa
học vĩ đại khác, sự phát minh ra động cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu diezel đã
SVTH: NHÓM 11 Page 6
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
thúc đẩy xã hội loài người đạt những bước phát triển vượt bật, đem đến cuộc sống
ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷ người trên thế giới.
Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự
không ai có thể phủ nhận được. Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là
chiếm ưu thế hoàn toàn. Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn
chiếm ưu thế và chủ động về nguồn dầu mỏ. Cuộc khủng hoảng năng lượng vào
thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đã một lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của
dầu mỏ đối với mỗi quốc gia và cho toàn thế giới. Nhưng theo dự đoán của các nhà
khoa học thì với tốc độ khai thác hiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của trái đất
cũng chỉ đủ cho con người khai thác trong vòng không quá 40 năm nữa.
Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt
trong đem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây
hiệu ứng nhà kính.Trong các chất độc hại thì CO, NO
x
, HC do các loại động cơ thải
ra là nguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con
người. Do đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên
liệu thay thế.
Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền
thống: Xăng, dầu Diesel, bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh

cho các loại động cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng,
năng lượng điện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thủy điện.Việc chuyển dần sang
sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính
sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển.
I.1.4 Mức độ tiêu thụ năng lượng
I.1.4.1 Hệ thống cung cấp năng lượng cho trại chăn nuôi sử dụng Biogas.
SƠ ĐỒ HỆ THỐNG.
SVTH: NHÓM 11 Page 7
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
2.0 HP
ON OFF
OFFON
OFFON
OFFON
4
1
2 3
5
6
7
Hình 1-1 Hệ thống cung cấp năng lượng cho trại chăn nuôi
1- Hầm Biogas. 5- Bếp nấu.
2- Hệ thống thiết bị xử lý khí Biogas. 6- Máy bơm nước.
3- Thiết bị phân phối khí Biogas. 7- Máy xay xát.
4- Máy phát điện.
Chú thích:
Khí Biogas còn chứa H
2
S và CO
2

từ hầm ủ (1) được dẫn vào hệ thống thiết bị
xử lý (2), ở đây hỗn hợp khí H
2
S và CO
2
được tách ra và hỗn hợp khí Biogas chứa
97,9% CH
4
. Sau đó hỗn hợp khí đi đến thiết bị phân phối, từ đó hỗn hợp khí Biogas
được dẫn đến các thiết bị sử dụng nhiên liệu khí Biogas trong trại chăn nuôi như:
Máy bơm nước, máy phát điện, máy xay xát, bếp nấu ăn
I.1.4.2 Nhu cầu năng lượng của một trại chăn nuôi
a. Nhu cầu đun nấu.
Hiện nay Biogas được sử dụng chủ yếu để đun nấu thay thế cho than củi,
LPG, Than đá mà các trại chăn nuôi thường phải mua. Vì vậy đối với nhu cầu đun
nấu khí sinh vật là nguồn năng lượng rẻ với chi phí đầu vào thấp. Sử dụng Biogas
cho việc đun nấu thường không phải qua giai đoạn lọc khí mà khí được dẫn trực
tiếp từ hầm Biogas. Khí sinh vật là nguồn năng lượng rẻ tiền, có thể đóng góp rất
nhiều vào việc cải thiện đời sống của người dân ở vùng nông thôn
SVTH: NHÓM 11 Page 8
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Việc sản xuất và sử dụng khí sinh vật là vấn đề nóng bỏng thu hút nhiều nhà
khoa học tham gia, các nhà năng lượng thế giới quan tấm sâu sắc, riêng đối với Việt
Nam thì việc nghiên cứu vấn còn mới và việc sử dụng khí sinh vật có ý nghĩa vô
cùng quan trọng, giải quyết phần nào về khó khăn năng lượng hiện nay, tuy nhiên
hiện nay khí Biogas được sử dụng cho mục đích đun nấu là chủ yếu.
Về nhiệt lượng hữu ích: 1m3 khí Biogas tương đương 0,7 kg dầu, thắp đèn
60W trong 7 giờ, tạo 1,25 KW.h điện; 4,37 kg củi, kéo xe 3 tấn trong 2Km, 6,1 kg
rơm rạ.
Trong 10 kg phân lợn hàng ngày có thể sản xuất được 400-500 lít khí. Vì vậy

ở trại chăn nuôi nhu cầu này rất cần thiết để tận dụng các nguồn nguyên liệu trên.
b. Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong.
Ngoài đun nấu khí Biogas còn dùng để chạy động cơ đốt trong kéo các máy
công tác như bơm nước, máy xay xát, máy phát điện. Việc thay thế nhiên liệu làm
giảm chi phí năng lượng rất lớn cho trại chăn nuôi. Tuỳ vào quy mô của trại chăn
nuôi và lượng Biogas sản xuất được trong ngày để chọn công suất phù hợp cho các
thiết bị trên. Lượng khí tiêu khoảng 4,05 (m3/mã lực) hoặc 0,76( m3/kw.h điện). Để
chạy động cơ một mã lực trong 1 giờ phải dùng một lượng khí khoảng (0,42-0,5)
m3 khí sinh vật, một động cơ cỡ 12 mã lực dùng trong 8 giờ sẽ dùng tới 40 m3 khí
sinh vật.
c. Nhu cầu thắp sáng.
Hiện nay ở các trại chăn nuôi thắp sáng bằng nguồn năng lượng điện lưới,
không tận dụng được tối đa nguồn năng lượng tại chỗ nên không nâng cao được
tính kinh tế. Việc thắp sáng chủ yếu cho các mục đích sinh hoạt
Ngoài ra còn các nhu cầu khác như: Sưởi ấm khi gia súc sinh vào mùa đông, chạy
tủ lạnh, sấy thức ăn cho vật nuôi.
I.1.4.3 Ưu thế của nhiên liệu Biogas
Ngoại trừ năng lượng thuỷ điện và năng lượng hạt nhân, phần lớn năng
lượng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên. Tất cả các
nguồn này đều có hạn và với tốc độ sử dụng chúng như hiện nay thì sẽ bị cạn kiệt
Hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21. Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thế giới và sự quan
tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứu và phát triển nguồn
SVTH: NHÓM 11 Page 9
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ. Biogas là một sự thay
thế đầy tiềm năng cho nhiên liệu chính là dầu mỏ, đang săp cạn kiệt trong vòng
khoảng 30-40 năm nữa. Dựa vào những tính chất tương tự và những ưu điểm vượt
trội của nó.
Một số ưu điểm của nhiên liêu Biogas.
- Về mặt môi trường.

+Giảm lượng khí phát thải CO
2
, do đó giảm được lượng khí thải là nguyên nhân
chính gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh được các thảm họa về môi trường.
+Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến 0,2%
trong dầu Diesel).
+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.
+Khí thiên nhiên Biogas không chữa chì gây tác hại đến sức khỏe con người, gây ô
nhiễm môi trường không khí.
+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn Diesel 4 lần, phân
huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày).
+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.
+ Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
- Về mặt kỹ thuật
+ Biogas rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.
-Về mặt kinh tế.
+ Sử dụng nhiên liệu Biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn
thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông
nghiệp như thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dụng các nguồn rác thải sẵn
có.
+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp va tăng thu nhập ở vùng miền nông thôn.
+ Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm cho quốc
gia một khoảng ngoại tệ lớn.
I.2. TỔNG QUAN VỀ KHÍ BIOGAS
I.2.1. Khái niện biogas, khí sinh học.
Biogas là sản phẩm khí của quá trình lên men kị khí phân giải các hợp
chất hữu cơ phức tạp thành những hợp chất hữu cơ đơn giản trong đó có sản
SVTH: NHÓM 11 Page 10
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
phẩm chính mà chúng ta cần là khí metan, khí này có thể sử dụng như là một

loại nhiên liệu dùng để sinh nhiệt, thành phần chủ yếu của biogas gồm : CH
4
(40-70 %), CO
2
(35-40 %) và các khí khác với hàm lượng thấp như H
2
S, H
2
,
O
2
, N
2
…
Khí CH
4
sinh ra của biogas là một khí rất có ích cho cuộc sống của con
người và góp phần vào việc giải quyết triệt để vấn đề môi trường,đặc biệt là
trong ngành 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 khí CH
4
sinh ra đã được ứng dụng vào rất nhiều mục đích và
mang lại rất nhiều kết quả, chúng ta sẽ tìm hiểu các 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.

I.2.2. Lợi ích của biogas mang lại.
I.2.2.1. 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.
Phát triển biogas còn giải quyết được một số vấn đề nảy sinh khác do thiếu
chất đốt 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 dân, hàng năm tiết
kiệm được một số tiền lớn cho quốc gia. Số lượng lớn than nhà nước cung cấp cho
SVTH: NHÓM 11 Page 11
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
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 vì khi sử dụng gas để nấu bếp thì tiết kiệm được nhiều thời gian hơn là nấu
bằng củi, do nhiệt năng mà gas sinh ra khi cháy cao, vào khoản 44.106 j/kg so với
củi khô là 10.106 j/kg. sử dụng biogas hiệu quả cũng là một hình thức tiết kiệm điện
năng và tiền bạc một ví dụ cụ thể Ở tỉnh Vĩnh Long, với tổng đàn heo hơn 320.000
con (năm 2009) thì lượng phân thải ra hơn 300.000 tấn/năm. Theo tính toán của các
nhà chuyên môn, mỗi con heo thải ra môi trường khoảng 1 tấn phân/năm. Nếu thu
gom hết, sử dụng sản xuất biogas thì mỗi năm có thể sản xuất được 13,5 triệu khối
khí mêtan, cung cấp gần 30 triệu KWh điện năng, nếu tính bình quân giá điện hiện
nay là 3000
đ

/kwh thì mỗi năm có thể tiết kiệm được 90 tỉ đồng cho quốc gia và làm
giảm đáng kể giá thành chăn nuôi (khoảng 7- 10%) 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.
I.2.2.2. Kích thích sản xuất nông nghiệp
Phát triển biogas là một con đường quan trọng để kích thích sản xuất nông
nghiệp, biogas làm tăng 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. Thay vì
trước kia sau khi thu hoạch có thể mang rơm về nhà làm chất đốt thì bây giờ rơm
được ủ trực tiếp ngoài đồng để làm phân bón hoặc có thể mang về ủ trong hầm
biogas vừa lấy được khí gas để sử dụng mà lại có phân để bón cho ruộng, bã thải
biogas còn dùng làm thức ăn khô cho gia súc,các thành phần dinh dưỡng trong bã
thải của biogas đã được tăng lên rất nhiều lần, 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.
SVTH: NHÓM 11 Page 12
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
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.
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 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 loại phân này cũng
thể hiện rõ sau 2 – 3 năm bón liên tiếp. Cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi 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.
để sử dụng được nguồn này làm thức ăn cho gia súc, gia cầm người ta thường tiến
hành lấy bã thải lên và tiến hành sấy khô, đóng thành bánh và để dành cho gia súc,
gia cầm sử dụng trực tiếp.
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.
Nguồn chất thải biogas cũng là một loại thức ăn vô cùng tốt cho việc
nuôi giun của các hộ có nuôi giun.
SVTH: NHÓM 11 Page 13
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
I.2.2.3. Biogas góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng, bảo vệ môi trường
Phát triển chương trình biogas cũng là con đường 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.
I.2.2.4. 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. Như
máy cày công xuất nhỏ đặt gần các bể khí biogas và có dây dẫn nạp khí liên tục cho
máy, hoặc là có các bình trữ khí cỡ nhỏ lắp trên máy.
SVTH: NHÓM 11 Page 14
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
I.3. NGUYÊN LIỆU, CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I.3.1. Nguyên liệu
Nguyên liệu để làm biogas rất đa dạng và phong phú đối với các vùng nông
thôn gồm tất cả các rác thải nông nghiệp có khả năng phân hủy sinh học như là
rơm, cỏ, lá cây, trái cây, các loại rau quả hỏng, phân gia súc, gia cầm các loại,tùy
thuộc vào mỗi loại nguyên liệu khác nhau mà lượng khí sinh ra nhiều hay ít khác

nhau. Trong quá trình hình thành khí thì một thống số quan trọng là tỉ số
cacbon/nito của nguyên liệu la nằm trong khoản 30 la hợp lý.
Bảng Đặc tính và lượng khí sinh ra của một số nguyên liệu
Nguyên liệu
Hàm lượng
chất khô(%)
Lượng thải
hàng
ngày(kg)
Tỉ lệ các
bon/nito
Sản lượng
khí hàng
ngày(lit/kg)
Tổng lượng
khí cho
lit/ngày tính
trung bình/con
Phân bò
Phân Trâu
Phân lợn
Phân gia cầm
Phân người
Bèo tây tươi
Rơm rạ khô
18-20
16-18
24-33
25-50
20-34

4-6
80-85
15-20
18-25
1,2-4
0,02-0.05
0,18-0,34
24-25
24-25
12-13
5-15
2,9-10
12-25
48-117
15-32
15-32
40-60
50-60
60-70
0,3-0,5
1,5-2,0
470
470
130
1,925
16.9
Ngoài ra quá trình hình thành khí còn chiệu sự chi phối của nhiều yếu tố khác
như:ảnh hưởng của pH, pH thích hợp để hầm hoạt động là nằm trong khoản 6,6-
7,6; ảnh hưởng của nhiêt độ nhiệt độ, nhiệt độ thích hợp là 35
0

C-55
0
C,nhiệt độ cao
thì quá trình diễn ra nhanh hơn,nhiệt độ thấp thì quá trình diễn ra chậm nhưng nết
vượt ngưỡng cho phép thì bể không hoạt động được do các vi khuẩn bị chết;hàm
lượng chất khôthời gian lưu, đối với phân gia súc là 30-60 ngày và đối với thực vật
là 100 ngày.
I.3.2. Cơ sở lí thuyết.
Quá trình hình thành khí trong hầm biogas trải qua ba giai đoạn với mỗi giai đoạn
có sự có mặt của một chủng loại vi sinh vật khác nhau.
I.3.2.1 Giai đoạn phân hủy cơ chất.
SVTH: NHÓM 11 Page 15
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Trong chất thải hữu cơ làm nguyên liệu lên men metan cũng gồm các thành
phần chủ yếu hydratcacbon(chủ yếu là xenluloza, tinh bột)protein.lipit, ở giai đoạn
này các thành phần nói trên bị phân hủy dưới tác động của men hydrolaza do vi sinh
vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn giản hơn có thể tan trong nước ( các
đường đơn, các peptit, glyxerin.axit béo, axit amin,…v.v). các vi sinh vật tham gia
vào giai đoạn này là clostridium thermocellum chuyển xenluloza thành rượu
etylic,hydro và CO
2
chuyển xenluboza thành axit lactic, axit axetic
I.3.2.2 Giai đoạn hình thành các axit hưu cơ
Dưới tác động của các enzym vi sinh vật tiết ra thì các chất hữu cơ dễ tan
chuyển thành các axit hữu cơ ( axit axetic,axit propionic. Axit butyric…) rượu
etylic, rượu metylic, khí cacbonic.và hidro ở giai đoạn này chúng ta có thể gặp một
số chủng loại vi khuẩn sống trong điều kiện vô cùng kỵ khí như là:
bacteroides.suminicola, clostridium, bifido bacterium.
I.3.2.3 Giai đoạn hình thành mêtan.
Đây là giai đoạn quan trọng nhất vì nó là giai đoạn hình thành khí

metan,dưới tác động của các vi khuẩn các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển
thành khí metan, cacbonic, oxy,nitơ hydro sunfua …các vi sinh vật thamgia vào quá
trình này là metanobacterium thermoaceticum, methanosarcina barkeri… sự tạo
thành metan có thể diễn ra theo hai cách sau.
CO
2
+ 4H
2
→ CH
4
+ 2H
2
O
CH
3
COOH → CH
4
+ CO
2
Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ bị phân hủy và hình thành CH
4
theo
chuỗi phản ứng sau.
R-COOH → R
1
COOH → CH
3
COOH → CH
4
+ CO

2
Các vi sinh vật ưa ẩm hoạt động ở nhiệt độ tối ưu là 30 – 45
0
C nhiệt độ tối
ưu đối với các vi sinh vật chiệu nhiệt 50 – 55
0
C pH thích hợp là 6,5- 8
Bảng các phản ứng hình thành metan và sự hoạt động của các vi khuẩn.
Tên vi sinh vật Phản ứng
1.Methanobacterium
sochngeni:
Methanococcus mazei
CH
3
COOH→ CH
4
+CO
2
SVTH: NHÓM 11 Page 16
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Methanosarcina barkeli
Methanosarcina methanica
2.Methanobacterium
propionicum:
Methanosarcina methanica
Methanobacterium
suboxydans
4CH
3
CH

2
COOH+2H
2
O→7CH
4
+5CO
2
2CH
3
(CH
2
)
2
COOH+2H
2
O+CO
2
→CH
4
+4CH
3
COOH
3.Methanobacterium
omelianskii
2CH
3
CH
2
OH→3CH
4

+2CH
3
CH
2
OH+CO
2
→CH
4
+CH
3
CH
2
COOH
4.methanobacterium
suboxydan
CH3COCH3+H2O→2CH4+CO2
Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí được tóm tắt qua sơ đồ sau:
SVTH: NHÓM 11 Page 17
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
I.4. CÁC TẠP CHẤT CÓ HẠI TRONG KHÍ BIOGAS
I.4 1 Carbon dioxide (CO
x
)
CO
x
là khí không màu, không mùi và không vị. Sinh ra do quá trình cháy
không hoàn toàn của các nhiên liệu có chữa cacbon(Than, củi, dầu).
C + O
2
= CO

x
(CO
x
Bao gồm (CO, CO
2
))
SVTH: NHÓM 11 Page 18
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Với CO: trữ lượng sinh ra hằng năm là 250 triệu tấn/năm. Hàm lượng CO
trong không khí không ổn định , chúng thường biến thiên nhanh nên rất khó xác
định được chính xác.
Khi CO xâm nhập vào cơ thể người theo con đường hô hấp, chúng sẽ tác dụng thận
nghịch với Oxy hemongglobin, làm mất khả năng vận chuyển Oxy của máu và gây
ngạt:
HbO
2
+CO=HbCO+O
2
CO tác dụng với Hb mạnh gấp 250 lần so với O
2
.
Triệu chứng của con người khi bị nhiễm bởi CO thường bị nhức đầu, ù tai, chóng
mặt, buồn nôn, mỏi mệt. Nếu bị lâu sẽ có triệu chứng đau đầu dai dẳng, chóng
mặt ,mệt mỏi, sút cân. Nếu bị nặng sẽ bị hôn mê, co giật, mặt xanh tím, chân tay
mềm nhũ, phù phổi cấp.
Thực vật ít nhạy cảm với CO, nhưng nồng độ cao (100-10.000ppm) sẽ làm
xoắn lá cây, chết mầm non , rụng lá và kìm hãm sự sinh trưởng của cây cói.
Với CO
2
: có lợi cho cây cối phát triển trong quá trình quang hợp nhưng gây nên

hiệu ứng nhà kính làm nóng bầu khí quyển của Trái Đất.
Đối với đông cơ thì CO
2
có trong động cơ sẽ hấp thụ nhiên liệu làm giảm
công suất của động cơ.
I.4.2 Hydrogen sulfide (H
2
S)
H
2
S còn gọi là sunfur hydro là khí không màu, có mui trứng thối. H
2
S sinh ra
do quá trình phân hủy các chất hữu cơ, các xác chết động thực vật, đặc biệt là ở các
bãi rác, khu chợ, cống rãnh thoát nước, sông hồ ô nhiễm và hầm lò khai thác than.
Trữ lượng H
2
S sinh ra khoảng 113 triệu tấn/năm(mặt biển tương đương là
30 tiệu tấn, mặt đất là 80 triệu tấn, sản xuất công nghiệp là 3 tiệu tấn ).
H
2
S có tác hại làm rụng lá cây, thối hoa quả và giảm năng suất cây trồng.
Đối với con người, khi tiếp xúc với H
2
S sẽ cảm thấy khó chịu, nhức đầu
buồn nôn và mỏi mệt. Nếu tiếp xúc lâu sẽ làm mất khả năng nhận biết của khứu
giác, từ đó làm tổn hại đến hệ thần kinh khứu giác và rối loạn đến khả năng hoạt
động bình thường của các tuyến nội tiết trong cơ thể, cuối cùng dẫn đến bệnh thần
kinh hoảng hốt thất thường. Ngoài ra nó còn kích thích tim đập nhanh, huyết áp
SVTH: NHÓM 11 Page 19

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
tăng cao khiến những người mắc bệnh tim càng nặng thêm. Ở nồng độ 150ppm sẽ
gây tổn thương, đến cơ quan hô hấp.
Đối vơi động cơ thì khí H
2
S có trong Biogas khi sử dụng sẽ tao thành khí
SOx làm ăn mòn các thiết bị trong động cơ và tạo ra ô nhiễm môi trường không khí.
I.4.3 Sunfua dioxit SO
2
Sunfua dioxit là chât khí không mau, có vị hăng, mùi khó chịu. SO
2
trong
không khí chỉ có thể biến thành SO
3
dưới ánh sáng mặt trời khi có chất xúc tác.
Chúng được sinh ra do quá trình đốt cháy nhiên liệu có chữa lưu huỳnh, đặc
biệt là trong công nghiệp có nhiều lò luyện gang, lò rèn, lò gia công nóng.
Hàm lượng lưu huỳnh thường xuất hiện nhiều trong than đá (0,2-0,7%) và
dầu đốt (0.5-4%), nên trong quá trình cháy sẽ tạo ra khí SO
2
.
S + O
2
=SO
2
Trữ lượng của SO
2
là khoảng 132 triệu tấn/năm, chủ yếu là do đốt than và sử
dụng xăng dầu. SO
2

sẽ kích thích tới cơ quan hô hấp của người và động vật nó có
thể gây ra chứng tức ngực, đau đầu, nếu nồng độ cao có thể gây bệnh tật và tử vong.
Trong không khí SO
2
có thể gặp nước mưa dễ chuyển thành Axit Sulfuric(H
2
SO
4
).
Chùng sẽ làm thay đổi tính năng vật liệu, thay đổi màu sắc công trình, ăn mòn kim
loại giảm độ bền sản phẩm đồ dùng.
Thực vật khi tiếp xúc với SO
2
sẽ bị vàng lá, rụng lá, giảm khả năng sinh
trưởng và có thể bị chêt.
CÁC TÍNH CHẤT CỦA BIOGAS
a. Tính chất vật lý.
Bảng 3-3 Các tính chất của các thành phần Biogas
Các tính chất vật lý
Methane
(CH
4
)
Carbon
Dioxide
(CO
2
)
Trọng lượng phân tử 16.04 44.01
Tỷ trọng 0.554 1.52

Điểm sôi
259.0
0
F
(=144
0
C)
60.8
0
C
Điểm đông
-296.6
0
F(-
164.8
0
C)
-69.9
0
F (-
38.83
0
C)
Khối lượng riêng 0.66kg/m3 1.82kg/m
3
Nhiệt độ nguy hiểm
116.0
0
F
(=64.44

0
C)
88.0
0
F(=48.89
0
C)
SVTH: NHÓM 11 Page 20
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Áp suất nguy hiểm 45.8 at 72.97at
Nhiệt dung Cp (1atm)
6.962.10
-4
J/
kg-
0
C
Tỷ lệ Cp/Cv 1.307 1.303
Nhiệt cháy 55.403J/kg
Giới hạn cháy
5-15% Thể
tích
Tỷ lệ cháy hoàn toàn
trong không khí
0.0947 Thể
tích
0.0581 Khối
lượng
b. Nhiệt trị của nhiên liệu Biogas
Methame tinh khiết có nhiệt tri thấp khoảng (8115.2 Kcal/m

3
). Do Biogas
chứa khoảng 70-90% Methame nên nhiệt trị của Biogas nằm trong khoảng 5480
Kcal/m
3
.
SVTH: NHÓM 11 Page 21
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
I.5. Nguyên lý sản xuất Biogas
I.5.1 Sơ đồ sản xuất Biogas
PHÁN TÆÅI
BÃØ PHÁN HUYÍ
BÃØ AÏP SUÁÚT
GAS TÄÚI ÆU
1
2
3
4
5
6
Hình 4-1 Sơ đồ hệ thống sản xuất Biogas
1- Bể lắng cát. 4- Bể đựng chất thải.
2-Ống dẫn phân. 5- Hệ thống lọc H
2
S và CO
2
.
3-Ống dẫn nước& bạ thải. 6- Bình chứa khí Biogas sạch.
Nguyên lý làm việc của hệ thống:
Phân tươi từ chuồng trại được đưa vào bể lắng cát (1) để lắng đá, cát rồi

qua ống dẫn phân (2) vào bể phân huỷ. Ở bệ phân huỷ xẩy ra quá trình lên men tạo
khí sinh học như sau:
SVTH: NHÓM 11 Page 22
Giai đoạn III.
huỷ prôtêin
Chất béo.
Các chất tan
Huỷ chất béo.
Vi khuẩn phân
Hydrat cacbon
Vi khuẩn phân
Huỷ Cenluloza
Prôtêin
Vi khuẩn phân
Vi khuẩn
+ Axít hữu cơ có KLPT nhỏ
+ CO2, H2
+ Ancol
sinh axít
Vi khuẩn sinh CH4
+ CH4
+ H2S,CO2
Giai đoạn II.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Hình 4-2 Sơ đồ nguyên lý tạo Biogas
Sau khi lên men hỗn hợp khí Biogas được dẫn vào hệ thống lọc khí H
2
S và
CO
2

, hỗn hợp được lọc chứa phần trăm H
2
S và CO
2
nhỏ, thành phần trăm CH
4
chiếm khoảng 80%- 97,9% . Sau đó hỗn hợp được dẫn vào bình chứa Biogas (6),
các chất bã sau khi phân huỷ được dẫn ra bể chứa chất thải (6) và được tưới cho cây
trồng.
I.5.2. Các công nghệ điển hình
I Hầm Biogas.
a Sơ bộ về hoặt động.
- Hầm Biogas là nơi phân hủy các hợp chất hữu cơ để tạo ra các sản phẩm khí.
Trong hầm Biogas gồm có chủ yếu là 3 bộ phận và 2 giai đoạn:
- 3 bộ phận cơ bản:
+ Nặp nguyên liệu
+Bể phản ứng
+Xuất nguyên liệu
- Gồm 2 giai đoạn là:
Giai đoạn tích khí: lúc bắt 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 ngày 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 dần hạ xuống còn bề mặt dịch trong bể điều áp tăng lên. Nếu khí không
SVTH: NHÓM 11 Page 23
Giai đoạn I.
Bã đã lên men
Nắp di động
Nắp lấy
phân
Phản ứng

Cửa ra
Cửa khí ra
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
được sử dụng, dịch phân giải sẽ tiếp tục tăng và đến một lúc nào đó sẽ tràn khỏi bể
điều áp qua đường xả tràn.
Giai đoạn sử dụng khí: Khi khí được lấy đi sử dụng, bể mặt dịch ở bể điều áp giảm
xuống và bề mặt dịch phân giải ở bể phân giải tăng dần lên. Khi độ chênh giữa 2
bề mặt dịch này bằng 0, thiết bị sẽ trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt
động.
b Phân loại hầm chứa.
- Có hai loại hầm Biogas chính:
+ Loạihầm gây men chất hưu cơ theo mẻ.
+ Loại hầm gây men chất hữu cơ liên tục.
Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động.
SVTH: NHÓM 11 Page 24
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ GVHD: Th.s Nguyễn Quốc Hải
Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định
Loại hầm sinh khí kiểu túi.
c Yêu cầu kỉ thuật.
- Trong xây dựng hầm Biogas có 7 yêu cầu cơ bản sau:
+ Áp suất và năng suất khí cao, chất lượng khí ổn định (có thể kiểm soát được
lượng khí sinh ra; áp suất khí gas, có thể trên 15 KPa).
SVTH: NHÓM 11 Page 25