TỔNG HỢP BIOGAS TỪ RÁC THẢI HỮU CƠ ĐỂ CHIẾU SÁNG TRONG CÔNG VIÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
ĐỀ TÀI:
TỔNG HỢP BIOGAS TỪ RÁC THẢI HỮU
CƠ ĐỂ CHIẾU SÁNG TRONG CÔNG VIÊN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS. Diệp Khanh
LỚP : DH11H1
SINH VIÊN THỰC HIỆN : Vũ Văn Phúc
Đặng Thị Thơm
Dương Minh Tạo
Huỳnh Minh Tuân
Lê Thanh Tuân
Vũng Tàu, tháng 12 năm 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ
ĐỀ TÀI:
TỔNG HỢP BIOGAS TỪ RÁC THẢI HỮU
CƠ ĐỂ CHIẾU SÁNG TRONG CÔNG VIÊN
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS. Diệp Khanh
LỚP : DH11H1
SINH VIÊN THỰC HIỆN : Vũ Văn Phúc
Đặng Thị Thơm
Dương Minh Tạo
Huỳnh Minh Tuân
Lê Thanh Tuân
Vũng Tàu, tháng 12 năm 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA HÓA HỌC & CNTP
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

o0o
NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên : Vũ Văn Phúc
Đặng Thị Thơm
Dương Minh Tạo
Huỳnh Minh Tuân
Lê Thanh Tuân
Lớp: DH11H1
Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học
1. Nhiệm vụ đồ án:
Tổng hợp Biogas từ rác thải hữu cơ để chiếu sáng trong công viên
2. Giảng viên hướng dẫn: ThS. Diệp Khanh
3. Ngày giao nhiệm vụ: 15/10/2014
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 08/12/2014

Vũng tàu, ngày 8 tháng 12 năm 2014
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………
Vũng Tàu, ngày tháng năm 2014
Người nhận xét
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Vũng Tàu, ngày 8 tháng 12 năm 2014
Người nhận xét
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho phép chúng tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Khoa Hóa và
Công Nghệ Thực Phẩm - Trường đại học Bà Rịa Vũng Tàu cùng toàn thể quý thầy,
cô đang công tác tại trường đã tạo điều kiện cho chúng tôi có cơ hội để ứng dụng
kiến thức vào một quy trình công nghệ. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn thầy ThS.
Lê Diệp Khanh đã tận tình hướng dẫn chúng tôi hoàn thành đồ án này. Chúng tôi
cũng xin gửi lời biết ơn đến gia đình chúng tôi đã luôn động viên và là chỗ dựa
vững chắc để chúng tôi vượt qua khó khăn đi đến hoàn thành đồ án công nghệ này.
Đồng thời, chúng tôi xin gửi lời cảm lời cảm ơn đến các bạn đang học tại lớp
DH11H1 đã có những đóng góp, nhận xét để bài đồ án công nghệ được hoàn chỉnh
hơn.
Cuối cùng chúng tôi xin chúc cho tất cả quý thầy cô đang công tác tại trường
đại hoc Bà Rịa – Vũng Tàu nói chung và toàn thể quý thầy, cô đang công tác tại
Khoa hóa và Công Nghệ Thực Phẩm – Trường đại học Bà Rịa-Vũng tàu nói riêng
có sức khỏe tốt để tiếp tục sự nghiệp giáo dục, xin chúc quý thầy cô luôn hạnh phúc
và thành công trong sự nghiệp giảng dạy. Chúng tôi cũng chân thành chúc cho gia
đình chúng tôi- những người thân yêu nhất sức khỏe luôn tốt đê tiếp tục là chỗ dựa
tinh thần vững chắc cho chúng tôi. Chúng cùng chúng tôi xin chúc cho tất cả các
bạn đang học tại lớp DH11H1 luôn luôn có sức khỏe và bảo vệ thành công đồ án
này!

Vũng Tàu, ngày 08 tháng 12 năm 2014
Những người thực hiện:
Vũ Văn Phúc
Đặng Thị Thơm
Dương Minh Tạo
Huỳnh Minh Tuân
Lê Thanh Tuân
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN 6
DANH MỤC VIẾT TẮT iv
LỜI MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2
1.1. Biogas 2
1.1.1. Giới thiệu Biogas 2
1.1.2. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống Biogas 12
- Tháp tách CO2 17
1.2. Phân Compost 18
1.2.1. Khái niệm [8] 18
1.2.2. Quy trình làm phân compost và các yếu tố ảnh hưởng 20
1.2.3. Thành phần đa lượng và vi lượng của phân compost [8] 25
1.2.4. Lợi ích của việc ủ phân compost [8] 25
1.2.5. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước [8] 26
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 32
2.1. Quy trình công nghệ 32
2.1.1. Sơ đồ công nghệ 32
2.1.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ 32
2.2. Tính toán công nghệ 33
2.3. Tính toán thiết bị 33
2.3.1. Tính toán bồn chứa 33

2.3.2. Tính toán thiết bị phụ 34
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
i
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Đặc tính và lượng khí sinh ra của một số nguyên liệu 4
Bảng 1.2. Phân tích ưu nhược điểm của một số nhà máy chế biến phân Compost
từ rác thải sinh hoạt 29
ii
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Thùng chứa biogas trong công viên ở Mỹ 10
Hình 1.2. Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí 13
Hình 1.3. Vi sinh vật clostridium thermocellum 14
Hình 1.4. Vi sinh vật Bifido bacterium 14
Hình 1.5. Vi sinh vật Metanobacterium 15
Hình 1.6. Thiết bị tách H2S 17
Hình 1.7. Tháp tách CO2 18
Hình 1.8. Hệ thống lọc Biogas 18
Hình 2.9. Sơ đồ công nghệ hệ thống sản xuất Biogas 32
Hình 2.10. Đèn khí sinh học 33

iii
DANH MỤC VIẾT TẮT
KSH: Khí sinh học.
CTR: Chất thải rắn.
KHKT: Khoa học kĩ thuật.
UBKHKT: Ủy ban khoa học kĩ thuật.
iv

Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời buổi kinh tế phát triển như hiện nay thì vấn đề về nguyên, nhiên liệu và
ô nhiễm môi trường luôn là các vấn đề trọng điểm của xã hội. Rất nhiều công trình
nghiên cứu đã được đưa ra nhằm khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường và tìm ra
nguồn nguyên, nhiên liệu thay thế. Chúng tôi cũng vậy, với tình thần và trách nhiệm
của sinh viên đại học, chúng tôi cũng cố gắng tìm hiểu và vận dụng kiến thức của
mình cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy, cô trong khoa Hóa và Công nghệ
thực Phẩm – trường đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đề xuất quy trình tổng hợp Biogas từ
rác thải hữu cơ để chiếu sáng trong công viên.
Đề tài:” Tổng hợp Biogas từ rác thải hữu cơ để chiếu sáng trong công viên”
cho chúng tôi cái nhìn tổng quát về Biogas, giúp chúng tôi có thể giải quyết được các
vấn đề về ô nhiễm môi trường từ rác thải, tiết kiệm nguồn năng lượng điện quốc gia và
tận dụng Biogas làm nhiên liệu thắp sáng. Đồng thời, chúng tôi còn thu hồi được phân
Compost từ bã thải của quá trình để làm nguồn nguyên liệu cho nông nghiệp. Đề tài
của chúng tôi nội dung chính gồm 3 chương:
Chương 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
Chương 2: XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM
Chương 3: KẾT LUẬN
Trong quá trình làm đồ án này, mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng kinh nghiệm và
kiến thức của chúng tôi có hạn nên không tránh khỏi những sai xót, nhóm chúng tôi
mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn đề bài đồ án công
nghệ này được hoàn thiện hơn.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 1
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. Biogas
1.1.1. Giới thiệu Biogas
a. Khái niệm về Biogas [1]
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 phẩm chính mà
chúng ta cần là khí Metan, khí này có thể sử dụng như 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, CO, N
2
, O
2
…
Khí CH
4
là 1 chất khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí. Khi đốt hoàn
toàn 1m
3
khí CH
4
cho ra khoảng 5500 – 6000 kcal, tương đương với 0,5 – 0,7 lít dầu
diesel. Ở qui mô nhỏ, biogas có thể được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu đốt nóng,
đun nấu. Ở qui mô lớn hơn, biogas có thể được sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu để
chạy động cơ, phát điện. Tuy nhiên, để sử dụng được với qui mô công nghiệp, biogas
cần phải được lọc sạch các tạp chất, đặc biệt là Hydro sulfide và Siloxane. H
2
S và SiO
2
có thể ăn mòn kim loại, phá hủy máy móc

Tính chất của biogas phụ thuộc vào thành phần các chất khí trong nó. Thành
phần chủ yếu của biogas là CH
4
và CO
2
nên tính chất của nó phụ thuộc vào tính chất
của 2 chất khí này.
Với tỉ lệ phổ biến của biogas là 60% CH
4
và 40% CO
2
thì khối lượng riêng của
biogas là 1,2196kg/m
3
, nhiệt trị là 8,576Kcal/m
3
, tỷ trọng so với không khí là 0,94.
Như vậy, biogas nhẹ hơn không khí.
b. Nguồn nguyên liệu và các yếu tố ảnh hưởng [2]
- Nguồn nguyên liệu
Nói chung, các chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học đều có thể làm nguyên liệu
nạp cho các thiết bị khí sinh học. Các nguyên liệu này có thể được chia thành hai loại:
Nguyên liệu có nguồn gốc động vật và nguyên liệu có nguồn gốc thực vật.
+ Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật:
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 2
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
Thuộc loại này là các loại phân như: Phân người, phân gia súc, gia cầm,…các
bộ phận của cơ thể động vật như xác động vật chết, rác và nước thải các lò mổ, cơ sở
chế biến thủy, hải sản… Vì được xử trong bộ máy tiêu hóa nên dễ phân hủy và nhanh
chóng cho khí sinh học. Tuy vậy, thời gian phân hủy của các loại phân không dài (2-3

tháng) và tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là không lớn. Phân trâu, bò, lợn phân
hủy nhanh hơn. Phân người và phân gà vịt phân hủy chậm hơn nhưng cho năng suất
cao hơn. Sản lượng phân trên một đầu gia xúc phụ thuộc vào trọng lượng cơ thể và chế
độ dinh dưỡng. Nhìn chung, hàm lượng chất khô của các loại phân tươi vào khoảng
20%, còn lại là nước. Các loại phân thường giàu Nitơ, hiệu suất sinh khí của các loại
phân tính cho chất khô nằm trong khoảng từ 0,2-0,3 m
3
/kg/ngày và hàm lượng Metan
của khí sinh học sản xuất từ phân chiếm khoảng 50-70%.
+ Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật:
Các nguyên liệu thực vật gồm phụ phẩm cây trồng như: rơm rạ, thân lá ngô,
khoai đậu,…rác sinh hoạt hữu cơ như: rau, quả, lương thực bỏ đi, và loại cây xanh
hoang dại như: Bèo, các cây cỏ sống dưới nước,…Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ
cứng rất khó bị phân hủy. Vì vậy, nguyên liệu càng già càng khó phân hủy. Để cho
quá trình phân hủy được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần được xử lý sơ bộ
(chặt, băm, đập nhỏ và ủ sơ bộ) mục đích của công việc này là để phá vỡ lớp vỏ cứng
và tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tấn công. Quá trình phân hủy của nguyên liệu
thực vật thường dài hơn so với các loại phân (có thể kéo dài hàng năm). Do vậy,
nguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạp từng mẻ nhỏ, mỗi mẻ kéo dài từ 3-6
tháng.
Đối với đề tài “Tổng hợp Biogas từ rác thải hữu cơ để chiếu sáng trong công
viên” thì nguyên liệu sử dụng là rác thải sinh hoạt.
Trong thực tế, sản lượng khí thu được khi lên men nguyên liệu trong các thiết bị
khí sinh học thường thấp hơn so với lý thuyết vì chúng được phân hủy trong một thời
gian nhất định và chưa phân hủy hoàn toàn. Bảng dưới đây, cho chúng ta số liệu tham
khảo đối với một số nguyên liệu thường gặp. Sản lượng khí hàng ngày được tính theo
lượng nguyên liệu nạp hàng ngày (lít/kg/ngày). Phân động vật được nạp theo phương
thức liên tục bổ sung hàng ngày. Thực vật được nạp từng mẻ.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 3
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh

Bảng 1.1. Đặc tính và lượng khí sinh ra của một số nguyên liệu
Nguyên liệu
Hàm
lượng
chất khô
(%)
Lượng thải
hằng ngày
(kg)
Tỉ lệ
cacbon/Nitơ
Sản lượng
khí hằng
ngày
(l/kg)
Tổng
lượng khí
cho l/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
44-117
15-32
15-32
40-60
50-60
60-70
0,3-0,5
1,5-2
470
470
130
1,925
16,9
- Các yếu tố ảnh hưởng [3]
Để đảm bảo cho môi trường phân giải diễn ra tuyệt đối an toàn cần có một số

yếu tố như điều kiện yếm khí, nhiệt độ, độ pH, thời gian và tránh các độc tố:
+ Điều kiện yếm khí: Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân
hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí trong hầm ủ rất nhạy cảm với
oxygen, nếu hầm ủ có oxygen thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng
hẳn.
+ Nhiệt độ: Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh
khí methane: Một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20-45
0
C, và hai là
thermophilic (nhiệt độ cao) trong vùng trên 45
0
C. Nhiệt độ tối ưu là 35
0
C cho vùng thứ
nhất và 55
0
C cho vùng thứ hai. Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá
trình sinh khí. Vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ
thay đổi cho phép là 10
0
C trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10
0
C làm vi khuẩn hoạt động
kém và gas sẽ không được sinh ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam, nhiệt độ trung bình từ 18 –
32
0
C là thuận lợi cho hoạt động của vi sinh, sinh khí methane.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 4
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
+ Độ pH: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn

sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn
8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh.
+ Thành phần dinh dưỡng (hàm lượng chất khô): Để đảm bảo quá trình sinh
khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và
phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải cấp là C và N; với
cacbon ở dạng là Carbohyrat, còn nitơ ở dạng nitrate, protein, amoniac. Ngoài việc
cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải đảm bảo tỉ lệ tương ứng C/N. Tỉ lệ thích
hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt động sống của snh vật kỵ khí, trong đó C
sẽ tạo năng lượng còn N sẽ tạo cơ cấu của tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ
C/N = 25/1-30/1 thì sự phân hủy kỵ khí xảy ra tốt.
+ Tỉ lệ phân/nước: Nếu phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy,
ngược lại dịch phân quá đặc sẽ gây cứng hầm ủ và cản trở quá trình thoát khí. Tốt nhất
cho sự phân hủy biến thiên từ 1/3 hoặc 1/4 đến 1/7. Dịch thải ra tốt có màu đen sậm.
Nước thải sau quá trình phân hủy trong công nghệ hầm ủ biogas sẽ giảm mùi hôi,
không thấy ruồi nhặng đeo bám tiêu diệt mầm bệnh, nhất là ký sinh trùng và các bệnh
lây lan khác.
+ Thời gian lưu ủ nguyên liệu trong hầm biogas ở môi trường nước ta nên tuân
thủ theo mốc: Khi nhiệt độ 10-15
0
C cần 55 ngày; nhiệt độ 15-20
0
C cần 40 ngày; khi
nhiệt độ trên 20
0
C thì chỉ cần 30 ngày để nguyên liệu phân giải sinh ra khí. Do môi
trường sản sinh ra khí sinh học rất khắt khe, dị ứng với nhiều loại hóa chất mà ta
thường gọi là độc tố nên người vận hành hầm biogas cần lưu ý tránh những chất thải
có chứa thuốc sâu, thuốc diệt cỏ, sát trùng, kháng sinh, nước xà phòng, thuốc nhuộm,
dầu nhờn… có nhiều trong quá trình sinh hoạt, tẩy rửa chuồng trại theo nguyên liệu
nạp vào hầm biogas làm ảnh hưởng đến quá trình phân giải sản sinh ra khí Metan.

c. Lợi ích của biogas mang lại [4]
Đối với nước ta, công nghệ biogas được phát triển các đây không lâu, khoảng
thập niên 60. Kể từ đó công nghệ này luôn được cải tiến và ứng dụng rộng rãi ở những
quy mô khác nhau. Công nghệ này đã và đang đem lại những hiệu quả đáng mừng về
kinh tế, xã hội và môi trường cho người dân. Theo “Báo cáo khảo sát người sử dụng
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 5
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
khí sinh học năm 2006” lợi ích của công trình khí sinh học đối với cuộc sống người
dân được thể hiện ở các mặt:
- Về kinh tế: Việc phát triển khí sinh học là một bước tiến quan trọng để tiến tới
giải quyết vấn đề thiếu chất đốt ở nông thôn. Việc sử dụng biogas, một chất đốt thu
được từ các nguồi sinh vật dồi dào trong tự nhiên, là một nguồn thay thế cho các
nguyên 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. Trước khi có công trình khí sinh học, hầu hết các hộ
gia đình đều sử dụng loại nhiên liệu phổ biến là điện, củi, rơm rạ, trấu, than và khí hóa
lỏng. Sau khi các hộ gia đình này xây dựng công trình khí sinh học, việc thay thế các
loại nhiên liệu thường dùng thay đổi khá rõ rệt. Cụ thể, số hộ sử dụng củi giảm 70%,
số hộ sử dụng than giảm 47%, số hộ sử dụng rơm, trấu giảm 49% và số hộ sử dụng khí
hóa lỏng giảm 11,5%. Căn cứ vào loại, số lượng nhiên liệu được thay thế và giá cả
mua bán thì mức độ tiết kiệm nhiên liệu bình quân đối với mỗi hộ gia đình ước tính từ
85.000 – 95.000 đồng/tháng. Đặc biệt, đối với những hộ gia đình sử dụng khí sinh học
thay thế hoàn toàn nhiên liệu khác trong việc đun nấu thì tiết kiệm được khoảng
100.000 đồng/tháng. Bên cạnh đó, việc sử dụng phụ phẩm khí sinh học giúp giảm chi
phí mua phân bón cho cây trồng. Chi phí mua phân bón hóa học cho cây trồng của hộ
gia đình sau khi có công trình khí sinh học giảm đi đáng kể (từ khoảng 18-30%) so với
trước khi có công trình khí sinh học. Nhìn chung, việc sử dụng phụ phẩm khí sinh học
không những tăng năng suất cây trồng, góp phần cải thiện chất lượng sản phẩm mà
còn góp phần giảm việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu và phân bón hóa học.
- Về xã hội: Đối với các gia đình nông thôn, trước khi có công trình khí sinh học,
hộ dân thường dùng củi, rơm rạ, than hoặc khí hóa lỏng để đun nấu. Để có được những

nguyên liệu này, hộ dân thường phải đi tìm kiếm, nhặt nhạnh hoặc tìm mua. Sau khi có
công trình khí sinh học, hộ dân đã gần như sử dụng khí sinh học để thay thế hoàn toàn
cho các nhiên liệu phục vụ cho hoạt động đun nấu trước đây. Mỗi hộ dân có thể tiết
kiệm 3-4 giờ/tuần cho việc tìm kiếm hoặc mua các nhiên liệu. Ngoài ra, việc sử dụng
khí sinh học trong đun nấu thuận tiện và sạch sẽ cũng góp phần giải phóng phụ nữ
khỏi gánh nặng vất vả của công việc nội trợ và kiếm củi, tiết kiệm thời gian cho các
công việc khác và nghỉ ngơi. Chính vì thế, xây dựng công trình khí sinh học trực tiếp
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 6
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
mang lại cuộc sống tiện nghi cho người dân như: sử dụng chất đốt có chất lượng cao,
khu công trình phụ, chuồng trại vệ sinh sạch đẹp,…
- Về 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.
Trước khi có công trình khí sinh học thì 54% hộ gia đình có thói quen ủ phân trước khi
bón cho cây trồng, 16% hộ dân bón phân chuồng trực tiếp cho cây và 15% hộ gia đình
đổ trực tiếp chất thải chăn nuôi ra cống rãnh hoặc mương thoát nước. Cách giải quyết
chất thải vật nuôi như trên đã tác động xấu đến môi trường sống, gây ra mùi hôi thối
quan khu vực sống và ảnh hưởng đến những hộ dân bên cạnh. Sau khi có công trình
khí sinh học, 72% lượng chất thải vật nuôi được nạp vào công trình khí sinh học, 20%
hộ gia đình sử dụng sau khi ủ phân, 4,8% lượng chất thải vật nuôi được các hộ gia
đình bán hoặc cho hàng xóm và chỉ còn 2,1% lượng chất thải vật nuôi được thải trực
tiếp vào cống rãnh. Tóm lại, việc sử dụng các công trình khí sinh học góp phần quan
trọng giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi. Phụ phẩm khí sinh học
được sử dụng làm phân bón cho đồng ruộng và hoa màu có tác dụng cải tạo đất, nâng
cao độ phì chống bạc màu và xói mòn đất, góp phần bảo vệ và cải tạo nguồn tài
nguyên đất canh tác, giúp cho cây trồng tăng sản lượng từ 20-30%. Thêm vào đó, sử
dụng khí sinh học làm chất đốt nhằm gảm thiêu thụ gỗ củi phục vụ các mục đích khác

nhau và cũng góp phần giảm các bệnh về mắt và phổi do khói bụi gây ra khi đun nấu.
d. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước [5]
- Tình hình nghiên cứu của thế giới:
Công nghệ biến đổi các chất hữu cơ thành KSH đã có từ hàng trăm năm nay.
Theo huyền thoại, KSH đã được dùng để đun nước tắm ở Assyri trong thế kỷ thứ X
trước CN và ở Ba Tư trong thế kỷ thứ XVI. Người đầu tiên phát hiện thấy sự phát ra
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 7
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
loại khí cháy được từ các chất hữu cơ thối rữa là Van Helmont (1630). Shirley (l667)
cũng đã nói đến khí đầm lầy. Volta (1776) đã tiến hành một loạt quan sát và kết luận
rằng lượng khí đầm lầy được sinh ra phụ thuộc vào lượng thực vật thối rữa trong lớp
lắng đọng ở đáy mà từ đó khí nổi lên và với một tỷ lệ nhất định, hỗn hợp khí thu được
và không khí có thể nổ.
Trong những năm 1804 – 1810: Dalton, Henry và Davy đã thiết lập được công
thức hoá học của Metan, khẳng định rằng khí than đá rất giống khí đầm lầy của Volla
và chỉ ra rằng Metan được sinh ra từ sự phân rã của phân bò. France đã được cấp
chứng chỉ vì đã có một trong những đóng góp quan trọng cho việc xử lý các chất rắn
lơ lửng trong nước thải.
Cuối thế kỷ 19, sự sản sinh ra Metan đã được phát hiện là có liên quan với hoạt
động của các vi sinh vật. Bunsen (1856), Hoppe Seyler (1886), Bechamp (l868),
Tappeiner (1882) và Gayon (1884) đã tiến hành nghiên cứu về các khía cạnh vi sinh
vật học của quá trình sản sinh Metan. Bechamp (1868) đã đặt tên cho "sinh vật" chịu
trách nhiệm về sự sản sinh ra Metan từ etanol. Sinh vật này dường như là một quần thể
hỗn hợp vì Bechamp đã có thể chỉ ra rằng những sản phẩm lên men khác nhau đã hình
thành từ những cơ chất khác nhau.
Năm 1875, Popoff trình diễn sự sản sinh ra hydro và Metan từ sự lên men của
các nguyên liệu chứa xenlulo được bổ sung thêm bùn sông. Năm 1876, Herter báo cáo
rằng axetat ở bùn cống đã biến đổi thành Metan và cacbon dioxit. Gayon (một học trò
của Pasteur) đã cho lên men phân ở 35
0

C và thu được 100 lít Metan đối với 1 m
3
phân.
Ông kết luận rằng: “Sự lên men có thể là một nguồn cung cấp khí để sưởi ấm và thắp
sáng”. Năm 1884, Pasteur đã trình bày trước Viện Hàn lâm Khoa học Paris những phát
hiện thực nghiệm của Gayon. Việc sử dụng khí thu được lần đầu tiên được thực hiện
vào năm 1859 khi một bể phân huỷ Metan được xây dựng tại Bombay (Ấn Độ) để xử
lý chất thải của người và khí sinh ra đã được dùng để thắp sáng. Năm 1895 (Anh
quốc), Cameron trình diễn việc dùng KSH để thắp sáng. Năm 1986, khí từ hệ thống
cống được dùng để thắp sáng các phố ở Exeter (Anh quốc). Về mặt vi sinh vật học,
năm 1901: Schengon đã mô tả những đặc điểm hình thái của vi khuẩn Metan. Năm
1906, Sohngen làm giàu được 2 vi khuẩn sử dụng acetate khác nhau và phát hiện thấy
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 8
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
focmat và hydro cùng carbon dioxit có thể đóng vai như những tiền chất cho Metan.
Một chủng vi khuẩn Metan đã được Omelianskii phân lập năm 1916. Năm 1950,
Hungate đã thiết lập kỹ thuật kỵ khí do Bryant phát triển. Schnellen (1947) phân lập
được hai vi khuẩn Metan: Methanosarcina barkeri và Methanobacterium formicicum.
Năm 1967, Bryant đã thuần chủng được vi khuẩn Methanobacillus omehanskii. Cuối
những năm 1920, những nghiên cứu hoá sinh về sự phân huỷ kỵ khí đã được tăng
cường. Buswell đã bắt đầu nghiên cứu và giải thích những vấn đề như vai trò của nitơ
trong quá trình phân huỷ kỵ khí, hoá học lượng pháp của phản ứng, việc sản xuất năng
lượng từ những chất thải của các trang trại và ứng dụng quá trình này cho các chất thải
công nghiệp. Những nghiên cứu của Barker đã đóng góp quan trọng cho hiểu biết của
chúng ta về các vi khuẩn Metan và những Cultua được làm giàu của ông giúp ông thực
hiện được những nghiên cứu cơ bản về hoá sinh (1956). Trong những năm gần đây,
phân huỷ kỵ khí đã phát triển từ một kỹ thuật biến đổi sinh khối tương đối đơn giản,
với mục đích chủ yếu là sản xuất năng lượng, thành một hệ thống đa chức năng:
- Xử lý các chất thải hữu cơ và nước thải với phạm vi tải lượng hữu cơ và nồng
độ cơ chất rộng.

- Sản xuất và sử dụng năng lượng.
- Cải thiện vệ sinh, giảm mùi hôi thối.
- Sản xuất phân bón chất lượng cao.
Hoạt động nghiên cứu chuyển từ những nghiên cứu cơ bản về quá trình phân huỷ kỵ
khí của các cơ chất tương đối đồng nhất với hàm lượng chất rắn hữu cơ trong giới hạn
khoảng 5 – 10% sang sự phân huỷ của những nguyên liệu phức tạp hơn đòi hỏi những
kiểu bể phân huỷ cải tiến hiệu quả hơn. Công nghệ phân huỷ kỵ khí đã được phát triển
rộng lớn ở cả các nước công nghiệp (Đức, Đan mạch, Pháp ) và các nước đang phát
triển (Trung Quốc, Ấn Độ ) với đa chức năng như trên.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 9
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
Hình 1.1. Thùng chứa biogas trong công viên ở Mỹ
Công viên này đã giới thiệu loại thùng chứa biogas Spark trong tuần này. Hiện
dự án này mới chỉ mới cung cấp điện năng cho đèn đường. Trang web chính thức của
dự án này tuyên bố, chiếc thùng này có thể thay thế thùng rác và biến rác thành nhiên
liệu một cách dễ dàng. Chỉ cần những người dân trong thành phố nuôi chó, chỉ cần họ
bỏ phân chó vào thùng chứa Biogas thì nguồn nhiêu liệu sạch từ phân chó sẽ là vô tận.
Dự án này gồm 3 bước cơ bản: Trước tiên là vứt phân chó vào thùng Biogas sau đó vi
khuẩn kỵ khí sẽ bắt đầu phân hủy phân, đảo đều hỗn hợp để làm tăng hàm lượng khí
Metan, cuối cùng thu hồi khí Metan và dùng để thắp sáng. Người nuôi chó sau khi
dùng túi tự phân hủy để đựng phân chó có thể vứt phân chó vào thùng Biogas sau đó
dùng gậy để đảo. Thùng đựng vi khuẩn được chôn dưới đất và đưa khí Metan lên cột
đèn qua một đoạn ống và khí Metan sẽ được đốt cháy để thắp sáng. [6]
- Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam:
+ Thời kì 1960 – 1975:
•Miền Bắc: Nhiều người đã chú ý đến thông tin về công nghệ KSH. Tài liệu dịch
"Cách sinh hơi mê tan nhân tạo và lấy hơi mê tan tự nhiên" được Bộ Công Nghiệp
xuất bản năm 1960. Một số cá nhân và tổ chức, đã xây thử một số công trình ở vài nơi
như Hà Nội, Bắc Thái (xây "Xưởng phát điện mê tan" đầu tiên của Việt Nam năm
1964), Hà Nam Ninh, Hải Hưng nhưng đều bị ngừng hoạt động vì lí do kỹ thuật.

•Miền Nam: Năm 1960, Nhà Khảo cứu Nông lâm và gia súc đã nghiên cứu sản
xuất khí mê tan từ phân động vật, nhưng không ứng dụng triển khai được vì khí hoá
lỏng và phân bón vô cơ được nhập khẩu ồ ạt. Một số công trình đã xây dựng cũng
không được duy trì hoạt động. Từ cuối những năm 60 đến đầu những năm 70, công
nghệ KSH gần như bị lãng quên.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 10
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
+ Thời kì 1976 -1980:
•Năm 1975, Việt Nam thống nhất, Nhà nước đã chú ý tới nguồn năng lượng tái
tạo. "Đề án sử dụng KSH ở Việt Nam" (1976) đề tài cấp nhà nước "Nghiên cứu ứng
dụng hầm ủ lên men sinh khí mê tan" đã khởi động hoạt động nghiên cứu triển khai
công nghệ KSH. Thiết kế ban đầu được chọn thử nghiệm là loại nắp nổi bằng tôn, bể
phân huỷ xây gạch, được xây dựng ở Bắc Thái và Hà Bắc (1977 – 1978).
•Những công trình loại này đã bị bỏ dở do khả năng kỹ thuật và quản lý. Cuối
năm 1979 xây dựng thành công công trình nắp nổi có Thể tích phân huỷ V
d
= 27 m
3
ở
nông trường Sao Đỏ (Mộc Châu, Sơn La), đã đặt cơ sở cho việc triển khai sau này.
Nhiều Viện nghiên cứu, Ban KHKT và nhiều tổ chức, cá nhân cũng đã tiến hành thiết
kế xây dựng, nhưng kết quả rất hạn chế. Tháng 12/1979, UBKHKT Nhà nước đã tổ
chức "Hội nghị chuyên đề về bể khí sinh học" để sơ kết công tác thiết kế, xây dựng,
vận hành thí điểm một số bể KSH.
+ Thời kì 1981 – 1990:
•Chương trình nghiên cứu Nhà nước về năng lượng mới (mã số 52C) được ưu
tiên trong hai kế hoạch năm năm 1981 – 1985 và 1986 – 1990 do Viện Nghiên cứu
KHKT điện chủ trì, một số Viện, Trung tâm nghiên cứu, các trường đại học; các Ban
KHKT tỉnh, nhiều cơ quan, địa phương, đơn vị quân đội, cá nhân cũng tham gia
chương trình này. Bộ Y tế cũng thực hiện một số dự án ứng dụng KSH với mục tiêu vệ

sinh môi trường. Một số tổ chức quốc tế cũng đã giúp đỡ và hợp tác nghiên cứu, triển
khai công nghệ KSH: Viện Sinh lý – Sinh hoá – Vi sinh vật (Liên xô cũ), Tổ chức
OXFAM (Anh), UNICEF (Liên hợp quốc), ACCT (Tổ chức các nước nói tiếng Pháp),
SIDA (Thuỵ Điển)…
•Hội thảo quốc gia lần thứ nhất về KSH được tổ chức vào năm 1990 của chương
trình nhà nước về năng lượng mới đã đánh dấu bước phát triển kỹ thuật KSH của Việt
Nam trong nghiên cứu và triển khai. Đến năm 1990, có khoảng 2000 công trình KSH
trên toàn quốc cỡ từ 2m
3
– 200m
3
nhưng đa số là cỡ gia đình từ 2m
3
– 10m
3
(TP Hồ Chí
Minh – 700, Đồng Nai – 468, Hậu Giang – 43).
+ Thời kỳ 1991 đến nay:
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 11
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
•Sau năm 1990, chương trình “Năng Lượng Mới” kết thúc. Viện Năng lượng
vẫn tiếp tục hoạt động nghiên cứu – triển khai về sử dụng KSH để phát điện, bảo quản
rau quả, xử lý nước thải công nghiệp. Từ 1993 đến năm 2001, công nghệ KSH đã phát
triển mạnh trong khuôn khổ các dự án về vệ sinh môi trường, nông nghiệp và phát
triển nông thôn. Giai đoạn này không có tổ chức đầu mối quốc gia, nên sự phát triển
KSH có phần vô tổ chức. Đến tháng 03/2002, Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông
Thôn đã ban hành tiêu chuẩn ngành về công trình KSH nhỏ dự án "Hỗ trợ chương
trình KSH cho ngành chăn nuôi ở một số tỉnh Việt Nam" được triển khai ở 12 tỉnh, do
chính phủ Hà Lan tài trợ không hoàn lại với tổng giá trị 2 triệu USD. Đây là dự án lớn
nhất trong số các dự án được tài trợ cùng loại được triển khai (02/2003 – 0l/2006). Dự

án được triển khai một cách khoa học, tổ chức nhiều lớp tập huấn cho kỹ thuật viên và
thợ xây về công nghệ KSH. Dự án đã thu được kết quả rất khả quan. Nhiều hộ dân đã
tự nguyện bỏ tiền để xây dựng công trình KSH do tính hiệu quả của nó về mặt năng
lượng, vệ sinh môi trường, nâng cao năng suất cây trồng, tăng thu nhập
•Giai đoạn 2 của dự án sẽ được tiếp nối đến năm 2011 trên khắp các tỉnh của
Việt Nam. Thiết kế được lựa chọn trong dự án này là kiểu nắp cố định dạng vòm cầu
xây gạch kiểu KT.1 và KT.2 vì những ưu điểm nổi bật của nó. Tính đến nay, tổng số
công trình các loại đang hoạt động trên toàn quốc là gần 73.000. Trong đó, dạng túi
nilon có gần 32.000 (Kiên Giang – 8.000, Đồng Nai – 6.500, Tiền Giang – 5000, Đắc
Lắc – 3000 túi…).
Hiện nay, theo tìm hiểu của nhóm thì việc ứng dụng Biogas để thắp sáng đèn
cho nhà hàng ở Việt Nam chưa có. Nhóm hy vọng ứng dụng này của Biogas sẽ được
phát triển rộng rãi ở Việt Nam trong những năm sắp tới.
1.1.2. Cơ chế tạo thành khí sinh học trong hệ thống Biogas
a. Quá trình hình thành khí [1]
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 ).
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 12
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
- 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.
Hình 1.2. Cơ chế lên men của vi sinh vật yếm khí
+ Giai đoạn thủy phân cơ chất:
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,
Protrin, 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,…) các vi sinh vật tham gia vào giai đoạn này
là Clostridium Thermocellum chuyển Xenluloza thành Rượu etylic, Hydro
và CO
2
chuyển Xenlulaza thành Axit lactic, Axit axetic.
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 13
Chất hữu cơ phức
tạp (Hidrocacbon,
Lipit, Protein…)
Chất hữu cơ đơn
giản (Đường,
Peptit, acidamin…)
Các acid (acetic,
propionic, butyric,
lactic…)
CO
2

, H
2
ACETATE
CO
2
, CH
4
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh
Hình 1.3. Vi sinh vật clostridium thermocellum
+ Giai đoạn hình thành các axit hữu 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 Carbonic, và Hydro ở giai đoạn này chúng ta có thể gặp
một số chủng loại vi khuẩn sống trong điều kiện kị khí như: Bacteroides,
Suminicola, Clostridium, Bifido bacterium.
Hình 1.4. Vi sinh vật Bifido bacterium
+ Giai đoạn hình thành Metan:
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 tham gia
vào quá trình này là Metanobacterium, Methanosarcina, Barkeri,…sự tạo thành
Metan có thể diễn ra theo 2 cách sau:
2 2 4 2
4 2CO H CH H O+ → +
(1.1)
3 4 2
COOCH H CH CO→ +
(1.2)
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 14
Khoa hóa học & công nghệ thực phẩm GVHD: ThS. Diệp Khanh

Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ bị phân hủy và hình thành CH4
theo chuổi phản ứng sau:
1 3 4 2
OO OOR C H R C H CH COOH CH CO− → → → +
(1.3)
Hình 1.5. Vi sinh vật Metanobacterium
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 chịu nhiệt 50-55
0
C, pH thích hợp là 6,5 – 8.
- Các phản ứng tạo Metan từ các nguồn nguyên liệu trong bể ủ khí:
+ Từ Formiate

4 3
4 3 3HCOOH CH HCO H
− +
→ + +
(1.5)

2 2
HCOOH H CO→ +
(1.6)
+ Từ Acetate

3 2 4 3
COO 3CH H O CH HCO
− −
+ → +

(1.7)
+ Từ Methanol

3 2 3 2
4 COO 3CH OH H O CH H H O
− +
+ → + +
(1.8)
+ Từ Ethanol

2 5 2 2 2
3 5C H OH H O CHCOO H CO H
− +
+ → + + +
(1.9)
+ Từ Propanol

3 7 2 3 2 2
3 5C H OH H O CH COO H CO H
− +
+ → ++ +
1.10)

3 7 2 4 2 2
3 9 / 4 3 / 4 5 / 2C H OH H O CH CO H O+ → + +
(1.11)
b. Quá trình làm sạch khí H
2
S và CO
2

[7]
ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ Trang 15