đồ án kỹ thuật điện điện tử Thiết kế cải tiến hầm ủ biogas qui mô cho hộ gia đình nông thôn

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
Mở đầu
Cùng với sự phát triển nhanh chóng về kinh tế của đất nước, kéo theo sự
khan hiếm về năng lượng, các nguồn năng lương như than đá ,dầu khí đang cạn
kiệt ,giỏ nhiên liệu toàn cầu tăng cao. Tình hình trên cho thấy nước ta phải đối
mặt với nhiều khó khăn và thách thức về năng lượng. Vì vậy viờc phát triển
nguồn năng lượng tái tạo thay thế phuc vụ cho phát triển nền kinh tế đất nước và
phuc vụ nhu cầu cuộc sống sản xuất cho xã hội là việc làm cấp thiết. Năng lượng
Biogas là một giải pháp hữu hiệu và thực tế, góp phần giảm tải nguồn năng
lượng đang cạn kiệt và bảo vệ môi trường một cách thiết thực ,tiết kiệm năng
lượng, đặc biệt là các hộ gia đinh nông thôn. Trước thực tế đú, tụi đó được bộ môn
Động Lực- Khoa Cơ Điện giao đề tài :
“ Thiết kế cải tiến hầm ủ biogas qui mô cho hộ gia đình nông thôn ”.
Sau một thời gian nghiên cứu và thực nghiệm đến nay tụi đó hoàn thành đồ án với
những nội dung cơ bản sau :
Chương 1 : Tổng quan vấn đề nghiên cứu .
Chương 2 : Cơ sở thiết kế cải tiến hầm ủ tạo khí biogas .
Chương 3 : Thiết kế hầm ủ .
Trong quá trình thực hiện tụi đó cố gắng rất nhiều để hoàn thành đồ án, song do thời
gian có hạn, trình độ, năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nờntrong quá trình thực
hiện đề tài không thể tránh khỏi những hạn chế thiếu sút, kính mong được sự giúp
đỡ của các thầy cô giáo và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn .
Xin chân thành cám ơn thầy :PGS.TS Đặng Tiến Hũa đó tận tình hưởng dẫn trong
suốt thời gian thực hiện đề tài,
t
ô
i
cũng xin chân thành cảm ơn các quý Thầy cô giáo
trong bộ môn Động lực, cũng như trong khoa Cơ điện đã tạo điều kiện tốt nhất cho
tôi hoàn thành đồ án.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

-1-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
MỤC LỤC
-2-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1. Tình hình phát triển và sử dụng khí biogas trong sản xuất và đời sống
1.1. Đặt vấn đề.
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.
Đặc biệc trong ngành chăn nuôi thì phải đối mặt với lượng chất thải rất
lớn và nặng mùi khó chịu. Nguyên nhân là do chất thải hiện được chăn nuôi theo
phương thức công nghiệp, lượng thức ăn tinh nhiều nờn phõn thường ít theo
khuôn, mùi hôi nồng nặc, rất khó chịu. Chưa kể chất độn chuồng và trong chăn
nuôi không được xử lý triệt để không những ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ
của đàn 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 khụng khớ…
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.
-3-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
1.2. Thực trạng sử dụng công nghệ KSH, Biogas ở nước ta.
Biogas 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. Tính tới nay, số
lượng công trình khí sinh học được xây dựng và đang hoạt động khoảng 120.000
hầm, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilụng, còn lại là loại hầm kiên cố có
nắp. Mặc dù công nghệ biogas đã đem lại hiệu quả thiết thực trong đời sống
cộng đồng ở nông thôn nước ta, song do nhiều nguyên nhân, đến nay công nghệ
này vẫn chưa phát triển mạnh và rộng khắp như mong đợi. Số lượng hầm Biogas
đã lắp đặt còn rất hạn chế so với nhu cầu thực tế. Một số nguyên nhân là do:
chưa có công nghệ nào hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, việc xây dựng, lắp đặt và sử
dụng hầm chưa thuận lợi, chi phí đầu tư xây dựng hầm còn cao so với thu nhập
của nông dân, việc thay thế, sửa chữa khó khăn do thiếu cơ sở dịch vụ kỹ thuật.
Công tác sản xuất thiết bị và phụ kiện thay thế trong nước chưa được quan
tõm….Vấn đề đặt ra là phải có phương án cải tiến các hầm ủ hiện nay ,nhằm
khắc phục những hạn chế những hầm ủ đang được sử dụng .
1.3. Tiềm năng nguồn nguyên liệu cho hầm ủ Biogas ở nông thôn nước ta
hiện nay.
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, chất độn chuồn, thức ăn thừa,xỏc 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
-4-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
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 trõu, dờ, cừu.
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 trờn cỏc mụi

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.Cựng 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.
1.4. Giải pháp và cơ chế hình thành KSH
1.4.1. Giải pháp thực hiên .
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 mờtan và amụniắc,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
-5-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
cho người sử dụng,và đặc biệt là mang lại một nguồn lợi ớch khụng nhỏ cho
người chăn nuôi.
1.4.2. Cơ chế hình thành KSH
Cỏc chõt hữu cơ như phân động vật, xác động vật và thực vật thường bị
thối rữa và chuyển hóa thành các chất khỏc. Quỏ 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 khớ.Quỏ trỡnh 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,khớ 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 xảy 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
nờn cú 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, phõn cỏc loại động vật, thõn cỏc loài thực
vật như bèo cỏ, rơm rạ.
-6-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
1.4.3. Qỳa trình sản xuất KSH.
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 cỏc khớ trờn, 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 cỏc vựng 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 thỏc.vậy
công nghệ khí sinh học đang mở ra một hướng đi mới góp phân giải quyết vấn
đề năng lượng và môi trương.
diễn ra một cách tự động nhờ vào sự chênh lệch áp xuất giữa bên trong và
bên ngoài do khí được sinh ra.
1.5. Lợi ích từ năng lượng Biogas .
Như đã nói trờn thỡ 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

-7-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
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 khụng lõu,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.
1.5.1.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 cỏc vựng
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. Nú đó 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.
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
-8-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
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 đốn dựng Biogas
cũng rất đa dạng có thể đáp ứng được nhu cầu của mọi người.
1.5.2.Kớch 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 ngõm phõn,
-9-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
ngoài ra thỡ khớ 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 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.
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 phõn trõu, bũ 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 cỏ thỡ, cỏc 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.
1.5.3. Biogas là sự cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường.
-10-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
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 cỏc phõn 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 trựng.giun sỏn 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 nờn cú một lượng lớn khí metan khoản trên 50% lượng khí
thoát ra và 30% còn lại là cacbonic và hơi nước, đây là cỏc khớ gúp 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.
1.5.4. 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
kộo cỏc mỏy 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
-11-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
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 dựng
cỏc 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.
-12-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
Chương 2 : CƠ SỞ THIẾT KẾ CẢI TIẾN HẦM Ủ TẠO KHÍ

BIOGAS .
2.1. Kết cấu các mẫu hầm đang được sử dụng ở nông thôn nước ta hiện
nay .
2.1.1 Hầm Biogas với thể tích 15m
3
Hầm ủ Biogas trên thế tích 15m
3
-13-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
1. Vận hành thiết bị .
Với thể tích của loại hầm trên, các hộ gia đình nuôi từ 10- 15 con lợn cỡ 40-50 kg
là có thể cho lượng khí dung đủ trong sinh hoạt của một gia đình 5 người .
Lượng phân nạp đầy được xác định từ thể tích phân hủy của thiết bị. Thông
thường lượng phân nạp từ 500kg ứng với 1m
3
thể tích phân hủy, ứng với thể tích
hầm trờn thỡ cần khoảng 5000kg phân nạp vào để vận hành .
Với khoảng 15 con lợn 50kg thì mỗi ngày trung bình cho 90kg phõn thỡ chi trong
2 tháng sẽ đủ lượng phân cần nạp. Nếu không đủ phõn thỡ lỳc nạp cần pha loãng
hơn mức qui định. Ta có thể dùng nguyên liệu thực vật để nạp ban đầu thay thế
hoàn toàn phân hoặc phối với phân .
Lượng nguyên liệu cần nạp cho 1m
3
phân hủy như sau :
Với bốo tõy : 400-500 kg
Với rơm rạ : 120-150 kg
Nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước ( đậ, băm, thành những mẫu nhỏ dài
1-3cm, xếp thành đống gồm nhiều lớp, mỗi lớp dày khoảng 50cm. Rắc lên trên
mỗi lớp một ít phân, hàng ngày tưới nước để giữ ẩm.).Về mùa hè ,thời gian ủ 7-
10 ngày, mựa đụng thời gian ủ kéo dài 20 ngày. Có thể dùng bể phân hủy làm nơi

nạp sơ bộ, sau khi nguyên liệu đã được xử lý hiếm khí mới đạy kín để chuyển
sang giai đoạn kỵ khí sinh metan .
Nạp nguyên liệu bổ sung hàng ngày .
Trong thời gian 15 – 20 ngày sau khi nạp nguyên liệu ban đầu , nếu thiết bị hoạt
động tốt thì năng suất khí sẽ rất cao. Nên tranh thủ dùng hết khí ,nếu không khí sẽ
-14-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
xì ra ngoài. Trong thời gian này không nên nạp nguyên liệu bổ sung để giữ cho
quá trình lên men đạt trạng thái ổn định .
Pha loãng và hòa trộn nguyên liệu .
Dùng nước pha loãng nguyên liệu nạp sẽ làm cho quá trình phân hủy xảy ra
thuận lợi hơn .
Đối với phân động vật, tỉ lệ pha loãng là 1-3 lit nước ứng với 1kg phân. Khi pha
loãng cần đánh cho phân tan đều ở bể nạp rồi hãy cho chẩy vào bể phân hủy .
Đối với thực vật tươi, tỷ lệ pha loãng vào khoảng 0,4 – 0,6lit nước cho 1kg
nguyên liệu tươi. Tỷ lệ pha loãng với rơm rạ là 7 -9 lít nước cho 1kg nguyên liệu
khô .
Khi nạp cần tránh không để cho các loại sau đây vào bể phân hủy :
- Đất, cỏt,sỏi,đỏ ,…vỡ chỳng sẽ gây lắng đọng .
- Que, cành cõy,mẫu gỗ,…là các thứ khó phân hủy .
- Dầu mỡ, xà phòng, thuốc tẩy ,….
Nạp nguyên liệu.
Sau khi nguyờn liệu đã được pha trộn thật kỹ, có thể nạp nguyên liệu vào qua cả
lối vào lẫn lối ra. Việc nạp nguyên liệu thực hiện càng nhanh càng tốt. Khi nạp
nếu nắp đã đậy kín thì cần mở hết các van để không khí trong thiết bị được đẩy ra
ngoài, không tạo áp suất quá lớn làm nứt vỡ thiết bị .
2.1.3. Ưu ,nhược điểm của loại hầm trên .
+ Ưu điểm : Với loại hầm trờn gia đình có thể nuụi ớt lợn, song lúc nào cũng có
gas dùng, đáy hầm chữ V nên tạo cho hầm có thể tích chứa lớn hơn.
-15-

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
+Nhược điểm : Loại hầm trên có nhược điểm là hầm có xu hướng co vào đáy vì
vậy dù hầm có diện tích rộng, nhưng thể tích hầm lại không lớn do vậy thể tích
chưa của hầm không lớn và lượng khí thu được ít. Mặt khác bựn phõn dưới đỏy
khú được đẩy lên bể thải, lượng bùn dưới đáy bể phân hủy càng nhiều thì sẽ giam
thể tích của hầm .
2.1.2. Hầm Biogas với thể tích 20m
3
.
Với loại hầm này gia đình có thể nuôi từ 20 -50 con lợn 50kg.
Cách vận hành loại hầm này cũng giống như hầm trên, chỉ khác nhau về thể tích
bể phân hủy, hầm có thể tích lớn hơn và nhu cầu sử dụng khí của gia đình cần
nhiều hơn.
-16-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
+ Ưu ,nhược điểm :
• Ưu điểm : loại hầm này có ưu điểm so với hầm ở trên là đáy hầm và
chiều cao hầm tương đương với hầm trên nhưng thể tích lại lớn hơn do
tường hầm phía dưới được xây thẳng đứng. Vì vậy thể tích chứa của hầm
lớn và thể tích chứa khí lớn sẽ cubg cấp lượng khí dồi dào .
• Nhược điểm : bùn dưới đỏy khú được đẩy lên, nếu một thời gian sử
dụng bựn khụng đẩy bể thải được thì cần phải dùng thiết bị để hỳt bựn
lờn hoặc phải lấy bỏ bùn ra để tiếp tục nạp nguyên liệu vào được
2.1.3. Hầm Biogas thể tích 25m
3
.
-17-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
Với loại hầm này một nông hộ cần nuôi khoảng 30-35 con lợn 50kg sẽ cho
lượng khí để cung cấp đủ lượng phân nạp vào hàng ngày .

Đây là loại hầm mà bể phân và bể thải có chung đáy, 2 bể thông nhau tại đáy bởi
một cống cao 70cm, đây là nơi dịch phân phân hủy và bựn đó phân hủy được đấy
sang bể phân hủy rồi tháo ra ngoài .
- Ưu ,nhược điểm của hầm :
+Ưu điểm : loại hầm có chung đỏy cú ưu điểm là có thể tự đẩy bùn và
chất thải sang bể thải, xây dựng các cột phỏ vỏng có thể tự tự phỏ vỏng khi
lớp váng trên cùng hạ xuống theoluwowngj dịch lỏng trng hầm đến dưới đầu
cột thì lớp váng sẽ bị đâm thủng và tạo không gian cho khớ thoỏt lờn .
+Nhược điểm : do chung đỏy nờn nếu lượng khí sinh ra nhiều và gia
đình không dùng hết khí gas, do đó sẽ thừa khí và tạo một áp suất lớn nén chất
thải trong bể xuống làm phân bị đẩy qua cống rồi ra bể thả gõy lóng phí lượng
phân chưa được phân hủy. Do vậy với loại hầm này sẽ phù hợp với các hộ gia
đình chăn nuôi lớn và dùng nhiều khí gas trong sinh hoạt gia đình .
-18-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
2.2. Các mẫu hầm ủ được sử dụng phổ biến trên thế giới hiện nay .
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.
2.2.1 Loại bán liên tục
Loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định
Loại này được cấu tạo gồm:
Bể kớn khớ xây dựng bằng vật liệu gạch đỏ,betong , đỉnh hầm và đỏy cú
dạng bán cầu, được làm kín, không cho thấm thoát khí ra ngoài bằng cách trát
một số lớp vữa trên bề mặt phía trong của hầm. Hầm này thường được cung cấp
nguyên liệu theo kiểu bán liên tục mỗi ngày một lần, khí sinh ra tăng lên và được
tích lại ở phần vòm phía trên. Áp suất khớ lờn vũm có thể đạt tới 1-1,5 m áp lực
nước. các chất liệu cung cấp cho các loại hầm sinh khí này thường là các loại
phân, và chất thải nông nghiệp. Sản lượng khí sinh ra vào khoản 0,1-0,2 dung
-19-

Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
tích trên một khối lượng dung tích tương đương trong ngày, thời gian ủ trong
hầm là 60 ngày ở nhiệt độ 25
0
C.
Ưu điểm:
- không có bộ phận nào bằng thép, chủ yếu bằng xi măng. Do đó giá thành
xây dựng hầm biogas này tương đối rẻ, xây dựng thiết kế kỹ thuật tương đối đơn
giản và dễ làm.
Nhược điểm:
- Khí thẩm thấu qua vòm thường là vấn đề chính đáng lo ngại của hầm sinh
khí loại này
- Loại này thường dễ bị nứt sau một thời gian sử dụng nếu như xây không
đạt yêu cầu .
2.2.2. Loại nắp di động.
-20-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
Hầm lọại này được phát triển mạnh ở Ấn Độ,nú cú một bể hình trụ, độ
cao hầm so với đường kính hầm có một tỉ lệ trong phạm vi 2,5-4,1 :1, được xây
dựng bằng gạch,betong lưới thép. Nguyên liệu đầu vào chủ yếu là các loại phân
cung cấp bỏn liờn tục,và được lấy bã thải ra làm phân bón qua một ống tháo với
lượng bằng lượng nguyên liệu đưa vào hâm. Thời gian duy trì nguyên liệu trong
hầm khoản 30 ngày đối với môi trường khí hậu ẩm và 50 ngày đối với vùng khí
hậu lạnh. Sử dụng phân chuồng với chất đặc, rắn 9 %, năng suất khí sản ra
chiếm 0,2-0.3 dung tích ứng với khối lượng nguyên liệu cho vào trong ngày một
cách tương đối ổn định. Áp lực khí tùy thuộc vào thùng chứa khớ trờn một đơn
vị diện tích và thay đổi trong phạm vi 4-8 cm áp lực nước.
+Ưu điểm :
- Độ chiệu lực tốt, bền, sử dụng được lâu.
- Ổn định được áp suất trong hầm

+Nhược điểm :
- Nắp vòm thường làm bằng thép có độ bền trung bình. Giá thành
cao. việc chống ăn mòn khó khăn do nắp phải di động.
2.2.3. Hầm sinh khí kiểu túi.
Hầm kiểu này bao gồm một ống trụ bằng chất dẻo tổng hơp hoặc bằng
một túi chất dẻo mềm là phụ phẩm của các nhà máy sản xuất nhôm, kèm theo
túi chất dẻo này lắp thờm cỏc ống nạp chất liệu vào túi và ống thỏo bó phân ra .
lắp một ống lấy khí từ túi ra ngoài. ống nạp chất liệu được đặt sao cho áp lực
trong túi duy trì thấp hơn 40 cm áp lực nước. khí sinh ta tập trung trong túi dưới
dạng dưới một màng chất dẻo co dãn tốt theo áp suất lớn hay nhỏ. Một hầm sinh
khí kiểu túi với dung tích 50m
3
và vân nậng 270 kg và dễ dàng bố trí vào trong
-21-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
một rónh nụng. Nguyên liệu được nạp vào trong túi theo kiểu bán liên tục với
một khối lượng bằng với lượng bã được lấy ra từ cửa tháo.
Thời gian để ủ chất liệu thay đổi tùy theo loại phân động vật từ 60 ngày ở
15-20
0
C đến 30 ngày ở nhiệt độ 30-35
0
C
Hầm kiểu tỳi cú thành tường đặc biệt mỏng. nó có thể nhờ nhiệt mặt trời
chiếu trực tiếp để tăng nhiệt. sản lượng khí từ cỏc tỳi có thể đạt tới 0,23-0,61
dung tích khí so với dung tích chất liệu nạp vào hàng ngày và nó tùy thuộc vào
các điều kiện địa phương, sự dồi dào có sẵn các nguyên liệu nạp. Nếu như chất
dẻo hoặc màn PVC không kiếm được ta có thể là bằng betong với một màng
tớch khớ mềm dẻo đặt mềm dẻo đặt ở trên đỉnh bê chứa betong.
+ Ưu điểm :

- Do là dùng chất liệu bằng chất dẻo nên việc lắp đặt hệ thống và vận
hành không mấy khó khăn.
- Chi phí cũng thấp hơn hẳn so với những kiểu hầm khí loại khác.
-22-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
- Do thành mỏng nên có thể tăng năng suất khi được mặt trời chiếu sáng
,tăng hiệu suất phân hủy.
+ Nhược điểm
- Dễ bị hư hỏng và việc sửa chữa có khó khăn hơn ở vùng nông thôn hẻo
lánh. Và thường bị thủng do bị chuột cắn hay là các vật sắc nhọn đâm phải.
- Nhưng về mùa đông thì phải có biện pháp ủ kín chống rét nếu không thì
hệ thống sẽ hoạt động không hiệu quả do không có lớp cách nhiệt với môi
trường.
2.2.4. Hầm sinh khí kiểu nước ngoài
Loại hầm khí kiểu này ít gặp ở Việt Nam do yêu cầu kỹ thuật phức tạp,
loại hầm kiểu này cú thờm hệ thống sinh nhiệt bộ phận này giúp cho hầm có thể
đạt được năng suất phân hủy khí cao nhất. và một nguyên nhân nữa mà khiến
cho các loại này ít ở Việt Nam là chi phí xây dựng khá cao.
-23-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
2.2.5. Loại hầm biogas theo kiểu nạp nguyên liệu theo từng mẻ.
Loại này thường làm đối với các nới có nguồn nguyên liệu lớn, dồi dào và
thường tập trung hầm chủ yếu là loại hầm dựng tỳi ủ loại lớn và thường đào hầm
ủ nguyên liệu thường là rác thải của các nhà máy tinh bột, hay là các hợp tác xã
dùng để xử lý một lượng lớn rác thải nụng nghiờp, nguyên liệu được nạp vào
một lần và đậy kín nắp lại, hầm sinh khí liên tục trong khoản vài tháng tùy thuộc
-24-
Đồ án tốt nghiệp Nguyễn Đình Mạnh – CKDL 52
vào lượng nguyên liệu đưa vào, sau một thời gian nguyên liệu phân hủy hết thì
sẽ được thay mới bằng một lượng nguyên liệu mới. loại này không thích hợp

cho các hộ gia đình có quy mô nhỏ lẻ, chỉ dùng cho các khu vực có một nguồn
nguyên liệu dồi dào. Chi phí để lắp đặt cũng tương đối rẻ so với lợi nhuận mà nó
mang lại. Thường là các hầm khụng xõy mà đào trên mặt đất cho nên loại này
yêu cầu một diện tích khá lớn và phải xa khu dân cư để trỏnh cỏc vấn đề sảy ra
ngoài ý muốn. Nhưng ngược lại thì loại này lại có thể sử lý được một lượng rác
vô cùng to lớn và lượng khí hầm này sinh ra thì rất là mạnh.
2.3. Các dạng mẫu hầm đang được sử dụng ở nông thôn nước ta hiện
nay.
2.3.1. Các mẫu hầm nhóm A .
Loại này được xây dựng bằng các vật liệu thông thường như gạch ,đá ,xi
măng… Cấu tao Bo gồm các phần chính sau :
- Hệ thống nạp nguyên liệu gồm thống mương dẫn chất thải từ
chuồng trại chăn nuôi gia súc tới hố thu (bể trộn ).Bể trộn cũng là nơi trộn
nguyên liệu và nước trước khi nạp vào hầm nếu đưa nguyên liệu từ nơi khác
đến .
- Hầm ủ lên men (hầm phản ứng ) là bộ phận chính của hệ thống
,nơi chứa hỗn hợp và nước. Tại đây xảy ra quá trình lên men tạo thành biogas.
Hầm phản ứng thường được xõy trũn ,đặt chìm dưới mặt đất. Việc đặt hầm có
cốt sõu cú hai tác dụng :
• Tạo cho chất thải và nước có thể tự chảy theo hệ thống nạp vào
hầm .
-25-