Tính toán thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình

Họ và tên MSSV Nội dung Lê văn Toàn 0810760 Mở đầu về công nghệ khí sinh học Nguyễn thành Nam 0810687 Lê thị hồng Thắm 0810741 Lợi ích hầm biogas mang lại Phạm thị kiều Oanh 0810710 Trần hồng Ngọc 0810699 Nguyễn đình Tài 0810730 Phân loại hầm biogas Ưu và nhược điểm mỗi loại Trần công duy Phương 0810717 Trần thị Tuyết 0810778 Hồ trọng Nghĩa 0810695 Tính toán thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình 5 người Tăng văn Thảo 0810739 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 trên các môi 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.Cùng 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. 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 mêtan và amôniắc,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 cho người sử dụng,và đặc biệt là mang lại một nguồn lợi ích không nhỏ cho người chăn nuôi. Các chât hữu cơ như phân động vật, xác động vật và thực vật thường bị thối rữa và chuyển hóa thành các chất khác. Quá 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 khí.Quá trình 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,khí biogas. Thành phần chủ yếu của khí là khí CO2 ,CH4 và H2O. Khí CH4 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 sảy ra ở đáy ao hồ nước đọng vì ở đó không có O2. 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 nên có hàm lượng CH4 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 CH4 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, phân các loại động vật, thân các loài thực vật như bèo cỏ, rơm rạ. 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 các khí trên, 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 các vùng 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 thác.vậy công nghệ khí sinh học đang mở ra một hướng đi mới góp phân giải quyết vấn đề năng lượng và môi trương. Việc ứng dụng công nghệ sản xuất khí sinh học từ nguồn chất thải chăn nuôi 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. Nhìn chung thì nguyên lý hoạt động chung của các hầm biogas cũng hết sức đơn giản, toàn bộ hệ thống được chia ra ba phần là bộ phận nạp nguyên liêu, hầm phân hủy và bộ phận điều áp hay là bộ phận đưa chất thải ra ngoài. Trong đó bộ phận chính là hấm sinh khí, hầm này có nhiều kiểu hình dạng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào mỗi loại hầm và nhu cầu sử dụng cũng như là nguồn nguyên liệu mà ta có thể cung cấp hàng ngày hay định kỳ (đối với hầm ủ theo mẻ ). Tại hầm sinh khí thì nguyên liệu đầu vào của ta là các loại phân hữu cơ và các xác thực vất sẽ bị các vi khuẩn kị khí phân hủy theo lối kị khí và sinh ra khí metan(50-60 % ), cacbonic (30 % ),còn lại là hơi nước, hidrosunfua và một số chất khác….trong đó có khí metan là khí cần thiết cho mục đích của con người,hỗn hợp khí này sẽ được đi theo một đường ống và dẫn tới các thiết bị sử dụng theo mục đích của con người,còn lại là phân và các chất bã sẽ được thải ra ngoài qua hệ thống thải bã. Cứ như thế nguyên liệu được nạp vào một cách liên tục và quá trình cứ diễn ra một cách tự động nhờ vào sự chênh lệch áp xuất giữa bên trong và bên ngoài do khí được sinh ra. I. Lợi ích của khí sinh học và biogas . Như đã nói trên thì 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 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 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. 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. Nó đã 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 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 đèn dùng biogas cũng rất đa dạng có thể đáp ứng được nhu cầu của mọi người. 2. kích 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 ngâm phân,ngoài ra thì khí 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. - cung cấp thức ăn bổ sung cho chăn nuôi 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 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. 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. 3. biogas là sự cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường. 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 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. 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. 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 dùng các 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. II. Phân loai hầm biogas 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. 1. Loại bán liên tục a, loại hầm biogas sinh khí kiểu vòm cố định Loại này được cấu tạo gồm: Bể kín khí xây dựng bằng vật liệu gạch đá,betong , đỉnh hầm và đáy có 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 khí lên vòm 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 tích trên một khối lượng dung tích tương đương trong ngày, thời gian ủ trong hầm là 60 ngày ở nhiệt độ 250C. 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, b, loại nắp di động. Hầm lọại này được phát triển mạnh ở Ấn Độ,nó có 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 bán liên 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 khí trên 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. c. 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 thêm các ống nạp chất liệu vào túi và ống tháo bã 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 50m3 và vân nậng 270 kg và dễ dàng bố trí vào trong một rãnh nông. 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 0C đến 30 ngày ở nhiệt độ 30-350C Hầm kiểu túi có thành tường đặc biệt mỏng. nó có thể nhờ nhiệt mặt trời chiếu trực tiếp để tăng nhiệt. sản lượng khí từ các túi 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 tích khí 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. -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. d. 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 có thêm 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. 2.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 dùng túi 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 nông nghiêp, nguyên liệu được nạp vào một lần và đậy kín nắp lại, hầm sinh khí liên tục trong khoản vài tháng tùy thuộc 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 không xây mà đào trên mặt đất cho nên loại này yêu cầu một diện tích khá lớn và phải xa khu dân cư để tránh các 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. III. Thiết kế hầm biogas cho hộ gia đình. Để ước tính và xây dựng được một mô hình hầm biogas cho các hộ gia đình có quy mô nhỏ và vừa thì ta cần phải biết một số thông số về các loại nguyên liệu được đưa vào sản xuất khi. Đặc tính và sản lượng 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 Bảng 01 Hiện nay đã có nhiều mẫu hầm biogas được đưa vào thực tế sử dụng tại Việt Nam và các nước khác trên thế giới, và sau một thời gian sử dụng thì loại nào cũng có các ưu và nhược điểm. Nay dựa trên cơ sở hầm biogas cải tiến vacvina và hầm biogas nắp di động của Ấn Độ thì nhóm có ý tưởng đưa ra một loại hầm biogas mới khác lạ hoàn toàn so với các loại hầm biogas trước đây. Mô hình hầm biogas với công nghệ cải tiến có thể khắc phục được những hạn chế của những mô hình trước như: Loại mô hình bằng túi nilon tuy rẻ tiền, dễ lắp đặt và sử dụng nhưng chưa giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm và rất chóng hỏng, sau một thời gian phải thay mới và như vậy thì túi nilong này lại bị thải ra môi trường góp phần vào việc ô nhiễm môi trường, Mô hình hầm biogas cải tiến Loại hầm Biogas được xây dựng kiên cố dưới lòng đất, có nắp vòm (hình cầu) giá thành thường cao nhưng do kỹ thuật xây dựng ở nông thôn không đảm bảo nên sau khi hoàn thành khoảng 6-7 tháng thường bị nứt, khí bị thoát ra ngoài nên sử dụng kém hiệu quả, loại hầm này có nhược điểm là diện tích xây dựng chiếm khá lớn nên phải xây dựng phía ngoài chuồng trại chăn nuôi. Hầm Biogas hình cầu sau khi sử dụng từ 15-18 tháng đã xuất hiện lớp váng dày từ 10-15cm nên phải dỡ nắp hầm để phá váng thì vi khuẩn yếm khí mới hoạt động được. Mô hình hầm biogas với công nghệ cải tiến thì dạng hình hộp chữ nhật được thiết kế từ sự kết mô hình biogas cải tiến vacvina và loại hầm biogas có nắp đi động của Ấn Độ. Chi phí xây dựng thấp hơn hẳn so với những mô hình biogas thông thường trước đây và do dạng hình hộp chữ nhật cho nên kỹ thuật xây dựng cũng không quá khó khăn không đòi hỏi những yêu cầu kỹ thuật khắt khe,mọi người thợ xây đều có thể xây được. Với mặt trên và mặt dưới được đổ betong kiên cố và xung quanh xây dựng bằng gạch thẻ hai lỗ và trét kỹ bằng vữa và vôi không cho thấm nước và thoát khí. Do có dạng hình hộp chữ nhật nên sau khi được xây lắp song thì được lấp đất lại xung quanh nên độ bền của hầm sẽ rất đảm bảo và có thể chịu được áp xuất khí lớn trong hầm sinh ra. Về cơ bản thì nguyên lý hoạt động của hầm biogas kiểu này cũng giống với những loại khác nguyên liệu được nạp vào, sau một quá trình phân hủy nhờ vào các vi sinh vật phân hủy kỵ khí thì cho ra khí và bã thải,cấu tạo bộ phận chính là hầm phân hủy gồm: Một cửa vào để nạp nguyên liệu lần đầu. Một cửa vào để nạp nguyên liệu định kỳ hàng ngày. Một cửa ra để thải bã ra ngoài sau khi đã phân hủy. Một lỗ thoát khí nhiên liệu để đưa khí vào sử dụng. Sơ đồ nguyên lý hoạt động hầm biogas cải tiến. Điểm đặc biệt của mô hình cải tiến này góp phần tạo nên sự khác biệt và khắc phục được nhược điểm bị đóng ván của những hầm trước kia là: ở chính giữa hầm có một vách ngăn tương đối,vách ngăn này có vai trò chia hầm ra thành hai nửa và tạm thời và gần như chia thành hai nhiệm vụ khác nhau, một bên là nguyên liệu mới vào còn đang phân hủy và một bên là phân đã và đang bị phân hủy. Mặt cắt vách ngăn cải tiến Vách ngăn này là một vách ngăn đặc biệt: được cấu tạo gần giống như một cánh cửa để có thể mở ra một cách dễ dàng khi cần sửa chữa bể. Về nguyên lý hoạt động thì loại hầm này cũng hoạt động giống như những hầm biogas khác : Đầu tiên thì nguyên liệu được nạp vào lần đầu bằng cả cửa chính, cửa vào và cửa ra sau đó đóng kín tất cả các của lại,đặc biệt là cửa trên, phải chèn thêm đất sét dẻo rồi mới đóng nắp để tránh khí thoát ra,sau một tuần thì hầm bắt đầu sinh khí, sau đó khoảng 20 ngày thì tiếp tục nạp nguyên liệu vào hàng ngày theo lối bể vào, vì lượng nguyên liệu nạp lần đầu đã bị phân hủy một lượng đáng kể. Tại ngăn bên này của bể phân hủy nguyên liệu bị phân hủy một phần, khi tiếp tục nạp nguyên liệu theo lối vào thì nguyên liệu sẽ bị tràn qua ngăn bên kia và tại ngăn thứ hai sẽ tiếp tục diễn ra sự phân hủy sau khi quá trình phân hủy ở đây được hoàn tất thì xác phân sẽ được đưa ra ngoài theo lối bể ra. Quá trình cứ diễn ra liên tục một cách tự động do áp xuất khí sinh ra và lượng nguyên liệu cung cấp thêm vào hàng ngày, khi trong hầm sinh ra nhiều khí thì áp xuất trong hầm sẽ tăng lên, khi đó những chất thải bã sẽ bị đẩy ra ngoài, ngược lại khi khí trong hầm bị dùng hết, áp xuất trong hầm giảm xuống thì phân và bả từ bể ra sẽ lại tràn ngược lại vào hầm để bảo đảm áp xuất cố định trong hầm luôn ở một giới hạn nào đó, hạn chế nứt hầm do áp xuất tăng cao, Điều đặc biệt:Trong quá trình nguyên liệu tràn từ bể này qua bể kia thì chính hành động đó đã góp phần làm cho tan lớp ván trên bề mặt của hầm bên kia, còn hầm bên này thì luôn luôn chảy sang hầm bên kia nên sẽ không bị đóng váng,và đây chính là điểm cải tiến của mô hình hầm biogas này. Để thiết kế cụ thể mô hình biogas kiểu này cho một hộ gia đình 5 người dùng thì ta sẽ cần một vài thông số sau đây. Theo như nghiên cứu,tính toán của các chuyên gia về khí sinh học thì chúng ta cần khoản 0,34-0,42 m3 khí sinh học cho mỗi người trong một ngày,như vậy nếu như một gia đình có 5 người thì ta cần khoản 1,7-2,1 m3 khí sinh học trong một ngày, ngoài ra trong gia đình sinh hoạt bình thường thì cần phải có ánh sáng vào ban đêm thì sẽ cần dùng đến ánh sáng của đèn khí sinh học đây là một loại đèn gần giống với đèn măng sông nhưng không dùng dầu hỏa mà dùng khí sinh học loại đèn này có thể chiếu sáng cho công xuất bằng 100 nến, với cường độ chiếu sáng như thế thì cần tiêu hao một khoảng khí sinh học là 0,15m3/giờ như vậy trong một ngày thì một hộ gia đình thắp sáng khoản 7h thì sẽ tiêu thụ khoản 1,05 m3. vậy thì một ngày binh quân một gia đình tiêu thụ khoản 2,75-3,15m3. Để thuận tiện cho việc tính toán thì ta quy lượng này ra lít và tính giá trị trung bình là khoảng 2950 lit /ngày Như vậy với nhu cầu khí như trên và dựa vào khả năng cho khí của các loại nguyên liệu như ở bản 01 cho thấy thì ta có thể ước tính lượng nguyên liệu cho từng gia đình 5 người là như sau. Ta giả sử tối thiểu thì mỗi hộ gia đình có nuôi một loại gia súc gia cầm nào đó trong các loại sau đây và số lượng phải đáp ứng đầy đủ,và lượng phân hàng ngày thải ra là ổn định và số liệu này là lượng phân tối thiểu cần phải có trong một ngày. Loại động vật Lượng phân (kg) Số lượng (con ) Trâu,bò 120 6 Heo 59 20 Gà 53 >1000 Kích thước hầm Dựa vào nhu cầu lượng khí như trên và lượng thải hàng ngày thì ta có thể ước tính kích thước của một hầm biogas của một hộ gia đình khoản 5 người thì ta chỉ cần xây một mô -hình hầm biogas với kích thước khoản 3-5 m3 là đủ, ở đây ta sẽ xây hầm 4,5 m3 với hầm như vậy thì ta sẽ có kích thước hầm là . Dài : 2m Rộng:1,5m Cao :1,5m Với kích thước hầm như vậy thì có thể tính toán được lượng vật liệu cần để xây là. Tên vật liệu Số lượng Giá thành Gạch hai lỗ 700 Viên 700 000 Sắt 36 kg 576 000 Cát 2 M3 160 000 Xi măng 20 bao 1 600 000 Đá 1x2 0,2 m3 50 000 Công thợ 5 công 500 000 Thiết bị dẫn khí,và một số khác …..… 500 000 Tổng cộng < 5 000 000 Như ta đã thấy thì lợi ích từ hầm biogas mang lại là rất lớn và không thể nào không công nhận được, khi nguồn năng lượng này ra đời thì đã từng bước khắc phục hiện tượng ô nhiễm môi trường và giải quyết phần nào vấn đề nhiên liệu hiện nay,như vậy, hiện nay để giải quyết vấn đề chất thải và thiếu hụt năng lượng thì việc dùng công nghệ biogas là hướng giải quyết tốt nhất. Với mong muốn được cùng với các loại hầm biogas khác cùng nhau giải quyết tiếp vấn đề ô nhiễm môi trường và khan hiếm nhiên liệu thì loại hầm biogas mới này ra đã ra đời, tuy vẫn còn là ý tưởng trên giấy nhưng mô hình này bước đầu đã tỏ ra nhiều ưu điểm và và thế mạnh hơn các loại hầm kiểu vốn có trước đây. Loại hầm biogas với công nghệ cải tiến như đã nêu ở trên thì về chi phí xây dựng rất phù hợp với những hộ gia đình nông dân nhỏ lẻ, có vốn đầu tư thấp, thiết kế đơn giản phương pháp xây dựng phù hợp với tay nghề của các thợ xây ở địa phương, vật liệu để xây dựng cũng đơn giản mong muốn sẽ được tiếp tục phát triển để góp phần khắc phục hiện trạng ô nhiễm môi trường hiện nay. Mục lục I, lợi ích của khí sinh học và biogas 3 1, giải quyết vấn đề chất đốt lợi ích xã hội 3 2, kích thích phát triển nông nghiệp 4 3,biogas sự cải thiện sức khỏe cộng đồng 5 4 biogas vấn đề cơ giới hóa nông nghiệp 6 II, phân loại hầm biogas 6 1, loại bán liên tục 6 a, loại nắp vòm cố định 6 b, loại nắp di động 7 c, loại kiểu túi 8 d, kiểu nước ngoài 9 2. loại nạp theo kiểu từng mẻ 10 III, thiết kế mô hình biogas cho hộ gia đình 10