Tìm hiểu về công nghệ sản xuất khí sinh học từ chất thải chăn nuôi

ĐẠI HỌC HUẾ
PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC HUẾ TẠI QUẢNG TRỊ
Lớp: CNKTMT K1

BÁO CÁO
HỌC PHẦN: CÁC QUÁ TRÌNH SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI
ĐỀ TÀI:TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
TỪ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI
Nhóm 6

MỤC LỤC

I ĐẶT VẤN ĐỀ
II, TỔNG QUAN
2.1) Tình hình chăn nuôi gia súc gia cầm
2.2) Sơ lược đặc điểm chất thải chăn nuôi
2.3). Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn nuôi
III) CÔNG NGHỆ BIOGAS)
3.1) Giới thiệu về Biogas
3.2. Vai trò của Biogas trong sản xuất và đời sống
3.3 Cơ sở khoa học của quá trình
3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
3.5 ) Quy trình sản xuất Biogas
3.6 ) Cấu tạo hầm Biogas
3.7 . Làm sạch khi Biogas
3.8 . Ứng dụng của công nghệ Biogas
3.9 Một số mô hình làm Biogas trên địa bàn Quảng Trị
IV) TỔNG KẾT
V) TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
- Chăn nuôi ngày càng phát triển kéo

theo việc gây ra ô nhiễm cho môi
trường, việc xử lý chất thải chăn nuôi
đang là vấn đề bức xúc
- Ở Việt Nam nói riêng và thế giới nói
chung đang đứng trước nguy cơ rất lớn
về vấn đề thiếu hụt năng lượng như
xăng dầu và than đá
- Biogas là khí sinh học và cũng là 1
khái niệm khá quen thuộc với nhiều
người tuy nhiên nó cũng là 1 khái niệm
khá mới mẻ. Giữa biogas và chất thải
chăn nuôi có mối quan hệ như thế nào?
Để tìm hiểu và làm rõ vấn đề này chúng
tôi tiến hành làm đề tài này
“Tìm hiểu về công nghệ sản xuất khí
sinh học từ chất thải chăn nuôi”
II. TỔNG QUAN
2.1) Tình hình chăn nuôi gia súc gia
cầm
* Tình hình chăn nuôi của thế giới
Loại
vật
nuôi
Số lượng (triệu con)
Tăng
(%)
1987 -
2007
1987 1997 2007
Bò

1345 1469 1558 16
Lợn
821 831 993 21
Gia
cầm
10 16 19 95
Dê cừu
1431 1721 1931 34
Theo FAO 2007
II, TỔNG QUAN
* Tình hình chăn nuôi tại Việt Nam
Loài vật
nuôi
Số lượng
(nghìn con)
1/10/2009
Tăng (%)
2008 - 2009
Lợn
27627,7 +3,47
Trâu
2886,6 -0,38
Bò
6103,3 -3,7
Gia cầm
280,10 +12,83
Tổng cục thống kê – 2009
II, TỔNG QUAN
2.2) Sơ lược đặc điểm chất thải chăn
nuôi

Loài gia súc,
gia cầm
Lượng phân
(kg/ngày)
Lượng nước
tiểu
(kg/ngày)
Trâu, bò lớn
20 – 25 10 -15
Heo < 10 kg
0,5 – 1 0,3 – 0,7
Heo (14 – 45
kg)
1 – 3 0,7 – 2
Heo (45 –
100 kg)
3 – 5 2 - 4
Gia cầm
0,08 0
Bảng 1.1 Số lượng chất thải của một số loại
gia súc, gia cầm
Nguồn: Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) ĐHNL TP.HCM
Trích Phạm Trung Thủy (2002)
II, TỔNG QUAN
Đặc tính Đơn vị tính Giá trị
Vật chất
khô
Gam/kg 213 – 243
NH4 - N
Gam/kg 0,66 – 0,76

Nt (Nitơ
tổng số)
Gam/kg 7,99 – 9,32
Tro
Gam/kg 32,5 – 93,2
Chất xơ
Gam/kg 151 – 261
Carbonates
Gam/kg 0,23 – 2,11
Acid béo
mạch ngắn
Gam/kg 3,83 – 4,47
pH
Gam/kg 6,47 – 6,95
Bảng 1.2 Thành phần của phân heo từ 70 -100kg
Loại
gia súc
H2O
(%)
Nitơ
( %)
P2O5
(%)
K2O
(%)
Ngựa
74 0,5 0,4 0,3
Bò
84 0,3 0,3 0,2
Heo

82 0,6 0,6 0,2
Bảng 1.3 Thành phần nguyên tố đa lượng
Nguồn Lê Trinh trích Phạm Thu Thủy (2002)
II, TỔNG QUAN
Bảng 1.4 :Thành phần hóa học của phân heo
Chỉ số Hàm lượng
Nitơ tổng số (%)
4
P2O5
1,76
K2O
1.37
Ca2+ (mldl / 100g)
8,47
Mg2+ (mldl / 100g)
84,9
Mùn (%)
62,26
C/N
15,57
Cu tổng số
81,61
Zn tổng số
56,363
II, TỔNG QUAN
Tên Ký sinh vật
Lưỡng ký sinh trùng Khả năng gây bệnh
Điều kiện bị diệt
To (oC) Thời gian (phút)
Salmella typhl

- Thương hàn 55 30
Salmella typhl có typhy A - B
- Phó thương hàn 55 30
Singella
- Lỵ 55 60
Vibri cholerac
- Tả 55 60
Escherichia Coli
105/100ml Viêm dạ dày ruột 55 60
Hepatite A
- Viêm gan 55 3 -5
Tacnia sagincta
- Sán 50 3 -5
Microccus
- Ung nhọt 54 10
Streptococcus
102/100ml Làm mủ 50 10
Ascaris lumbricoides
- Giun đũa 50 60
Mycobacterium
- Lao 60 20
Tubecudsis
- Bạch hầu 55 45
Diptheriac
- Sởi 45 10
Corynerbacterium
- Bại liệt 65 30
Giardia Lamblia
- Tiêu chảy 60 30
Tricluris trichiura

- Giun tóc 60 30
Bảng 1.5 Các loại vi khuẩn có trong phân
Nguồn Lê Trinh trích Phạm Thu Thủy (2002)
II. TỔNG QUAN
2.3. Khả năng gây ô nhiễm của chất thải chăn
nuôi
Bảng 1.6 Hàm lượng bụi trong không khí
chuồng nuôi các loại gia súc khác nhau
Vật nuôi
Hàm lượng bụi
(mg/m3)
Heo
3 - 22
Bò sữa
0,6
Gà đẻ (nuôi chuồng)
1 - 51
Gà thịt (nuôi
chuồng)
6,2
Nguồn : Hồ Thị Kim Hoa 2003
II. TỔNG QUAN
Vật nuôi
Nồng độ
NH3
Tác hại
Heo
Nồng độ >
10ppm
Gia tăng tỷ lệ

gia súc bị ho
50 – 100 ppm
Giảm tăng
trọng / ngày :
12 – 13 %
61 ppm
Giảm 5 %
lượng thức ăn
Gà
> 30 ppm
Giảm sản
lượng trứng
và thịt
30 ppm
Gây hội
chứng viêm
phổi
Bảng 1.7: tác hại của Ammonnia đến sức khỏe và năng
suất gia súc gia cầm
Nguồn : Hồ Thị Kim Hoa 2003
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.1) Giới thiệu về Biogas
- Biogas (còn gọi là khí đầm lầy), một
sản phẩm bao gồm hỗn hợp khi sinh ra
của quá trình phân hủy yếm khí các
chất hữu cơ dưới tác dụng của các vi
khuẩn yếm khí
- Nguyên liệu cho quá trình sản xuất
biogas thường là phân người, phân gia
súc, bùn, phế phẩm nông nghiệp

- Methane có nhiệt trị cao (gần 9.000
kcal/ ). Do đó, nhiệt trị của biogas
khoảng 4.500 – 6.000 kcal/ , tùy thuộc
vào phần trăm của methane hiện diện
trong biogas
Tên Khí (ký hiệu) Tỷ Lệ
Methane 55 – 65%
Carbon dioxide 35 – 45%
Nitrogen 0 – 3%
Hydrogen 0 – 1%
Hydrogen sulfide
0 – 1%

III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.2. Vai trò của Biogas trong sản xuất và đời sống
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
Bảng 1.8 - Tiềm năng kỹ thuật sản xuất KSH từ phân động vật
Theo báo cáo của các đề tài nghiên cứu về máy phát điện chạy bằng KSH cho thấy
thì các động cơ được cải tạo hiện tại tiêu thụ khoảng 0,45m3/giờ cho 1 mã lực hay
0,62 tới 0,7m3 giờ cho 1 kW. Như vậy với lượng khí sản xuất hàng năm như bảng 1.8
có thể dùng để sản xuất điện với lượng điện năng vào khoảng 3,5 triệu MWh/năm
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.3 Cơ sở khoa học của quá trình
- Là một quá trình lên men phức
tạp xảy ra rất nhiều phản ứng và
cuối cùng tạo khí CH4 và CO2
- Quá trình này được thực hiện theo
nguyên tắc phân hủy kỵ khí.Dưới
tác dụng của các vi sinh vật yếm
khi và trải qua 3 giai đoạn

-
Giai đoạn I (thủy phân)
-
Giai đoạn II (sinh acid)
-
Giai đoạn III (sinh methan)
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
* Giai đoạn I (thủy phân)
Chất hữu cơ phức tạp: (PROTEIN, A.AMIN, LIPID)
Vi
khuẩn
Closdium bipiclobacterium, Bacillus
gram âm không sinh bào tử,
staphilococcus
Chất hữu cơ đơn giản (ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)
II) NỘI DUNG
* Giai đoạn II (sinh acid)
- Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi khuẩn tổng hợp acetat), các hydrates
carbon => acid có phân tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH)
và pH môi trường ở dưới 5 nên gây thối
II) NỘI DUNG
* Giai đoạn III (hình thành khí methan)
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí:
CH4, CO2, H2S, N2, H2, và muối khoáng (pH của môi trường chuyển sang kiềm)
4H2 + H+ + HCO3- => CH4 + 3H2O (Q = - 136)
Từ A. formic
4HCOOH => CH4 + 3 HCO3- + 3H+ (Q = - 130)
HCOOH => H2 + CO2
Từ A. acetic
CH3 COO - + H2O => CH4 +3 HCO3- (Q = - 30)

Từ A.propionic
C2 H5 COO - + 2H2O => CH3 COO - +3 H2 + CO2 (Q = 80)
Từ Metanol
4CH3 OH + H2O => CH3 COO - + 3H+ + H2O (Q = -324)
Từ Etanol
C2 H5 OH + H2O => CH3 COO - + 5H2 + CO2 + H+ (Q = 2)
C2 H5 OH + H2O => 3/2CH4 +1/2CO2 +H2O (Q = -96)
Từ Propanol
C3H7OH +3 H2O => CH3 COO - + 5H2 + CO2 + H+ (Q = 84)
C3H7OH +3 H2O => 9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O (Q = -118)
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
Điều kiện kỵ khí: không có O2 trong dịch lên men.
Nhiệt độ: qui mô nhỏ thực hiện ở 30-350C, qui mô
lớn có cơ khi hóa va tự động hóa thực hiện ở 50-
550C
Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vsv giảm sinh trưởng và
phát triển)
Tỷ lệ Cacbon/Nitơ: 30/1 là tỷ lệ tốt nhất
Tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 ->
7/1.
Đặc tinh của nguyên liệu
Tốc độ bổ sung nguyên liệu: Bổ sung càng đều thì
sản lượng khi thu được cao
Khuấy đảo môi trường len men: Tăng cường sự tiếp
xúc cơ chất.
Thời gian lên men: 30 – 60 ngày
3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.5 ) Quy trình sản xuất Biogas
- Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu: chọn

lọc và xử lý nguyên liệu phù hợp với yêu
cầu sau: giàu xenluloza, ít lignin, NH4
ban đầu khoảng 2000mg/1, tỷ lệ C/N từ
20-30, hòa tan trong nước (hàm lược
chất khô 9-9,4% với chất tan dễ tiêu
khoảng 7%)
- Giai đoạn lên men: lên men theo mẻ,
bán liên tục hoặc liên tục.
- Giai đoạn sau lên men: thu và làm sạch
khí
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.6 ) Cấu tạo hầm Biogas
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
Gây men chất hữu cơ theo mẻ
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.6.1. Hầm ủ nắp trôi nổi (Ấn Độ)
- Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Ấn Độ,
còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC
- Gồm có một phần hầm hình trụ xây
dựng bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và
một chuông chứa khí trôi nổi trên mặt của
hầm ủ. Chuông chứa khí thường được
làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép,
bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh
- Bị ảnh hưởng bởi các nhân tố môi
trường như nhiệt độ (nắp hầm ủ dể bị ăn
mòn hoặc bị lão hóa)
- Áp suất khí thấp do đó bất tiện trong
việc thắp sáng, đun nấu

III. CÔNG NGHỆ BIOGAS
3.6.2 Hầm ủ nắp vòm cố định (Trung Quốc)
- Loại hầm này có hầm chứa khí được xây dựng
trên phần ủ phân Hầm ủ có dạng bán cầu được
chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và
ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tô bằng
nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí. Ở
phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất
sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch
hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm.
- Ở các nước thuộc khu vực nhiệt đới, năng suất
khí của các hầm ủ này đạt được từ 0,3-0,4
- Giá thành rất thấp
- Áp lực khí đạt khoảng 1000 mmHg nên ngoài
phục vụ đun nấu còn thắp sáng và dùng để đốt
cháy động cơ
- Nhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng
và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm
ủ thấp