tổng quan công nghệ khí sinh học

1

Bài 1

GIỚI THIỆU VỀ

CÔNG NGHỆ KHÍ SINH HỌC

Dự án “Chương trình khí sinh học cho ngành

chăn nuôi Việt nam 2007 – 2011”

Cục Chăn nuôi - Tổ chức Phát triển Hà Lan - SNV

2

Mục tiêu bài giảng

Cần làm học viên hiểu được các vấn đề sau đây:

• Khí sinh học được hình thành như thế nào?

• Tính chất và thành phần của khí sinh học.

• Một số thuật ngữ theo tiêu chuẩn ngành

• Lợi ích của công nghệ khí sinh học.

• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản

sinh KSH.

3

Phương pháp giảng dạy:

• Chào mừng học viên, nhắc lại nội qui hoc tập (không hút thuốc,

không sử dụng điện thoại…)

• Giáo viên cần giải thích các khái niệm về công nghệ khí sinh học

• Giới thiệu hay tranh ảnh, hoặc chiếu bằng slide công trình khí

sinh học

• Đặt các câu hỏi gợi ý cho học viên và trả lời các câu hỏi của học

viên

4

Công cụ và các trợ giúp cho giảng dạy bài này (trang 9 -17 của giáo trình)

• Máy chiếu projector và màn chiếu,

• Chiếu các tranh, ảnh,

• Chiếu băng video: “Công nghệ khí sinh học với phát triển chăn nuôi và nông nghiệp sinh thái ở Việt nam”

• Bảng và bút viết bảng,

• Các điểm trợ giúp quan trọng cho giảng dạy (thí dụ bản gạch đầu dòng các điểm mà giáo viên thấy cần phải nhấn mạnh…),

5

Các hình ảnh cần chiếu trong bài này

• Các bức tranh và ảnh về công trình KSH và giải thích

đại cương về bể phân giải,

• Các bức tranh và ảnh về bếp đun KSH,

• Các bức tranh và ảnh về môi trường bị ô nhiễm do

chất thải chăn nuôi.

• Chiếu băng video: “Công nghệ KSH với phát triển

chăn nuôi và nông nghiệp sinh thái ở Việt nam”

6

Thời lượng giảng dạy

Thời lượng giảng dạy bài này là 90 phút.

• Giới thiệu vấn đề…………………………… 5 phút,

• KSH hình thành như thế nào? ……………. 10 phút,

• Tính chất và thành phần của KSH……….. 10 phút,

• Một số thuật ngữ theo tiêu chuẩn ngành … 5 phút

• Lợi ích của công nghệ KSH………………. 5 phút,

• Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản

sinh KSH ……………………………………. 20 phút,

• Tóm tắt bài 1………………………………… 5 phút,

• Chiếu băng video: “Công nghệ KSH với phát

triển chăn nuôi và nông nghiệp sinh thái ở

Việt nam”…………………………………….. 20 phút,

• Hỏi và trả lời câu hỏi …………………......... 10 phút,

7

Những gợi ý cho giáo viên

• Giải thích rõ mục tiêu của bài giảng,

• Hỏi học viên về những điều họ đã biết về công

nghệ KSH,

• Tạo mọi điều kiện cho học viên có thể hỏi bầt kỳ

lúc nào trong giờ học.

8

Nội dung chính của bài giảng

1. Khí sinh học được hình thành như thế nào?

2. Tính chất và thành phần của khí sinh học.

3. Một số thuật ngữ theo tiêu chuẩn ngành.

4. Lợi ích của công nghệ khí sinh học.

5. Các điều kiện thuận lợi cho quá trình lên men hình thành khí sinh học.

9

1. KSH được hình thành như thế nào?

1.1 Khái niệm về khí sinh học

1.2 Sơ đồ hình thành mê – tan

1.3 Những nguyên liệu có thể sử dụng để lên

men hình thành KSH trong công trình khí sinh

học

10

1.1 Khái niệm về khí sinh học; khí sinh học

được hình thành như thế nào?

• Các chất hữu cơ khi được vi sinh vật phân giải trong

điều kiện không có không khí (yếm khí)* sẽ hình

thành nên khí CH4 (mê-tan), CO2, H2O, NH3 và

H2S…

*Ghi chú:

Điều kiện yếm khí là dung dịch chất thải chăn nuôi được chứa

trong một bể kín không có không khí (tức là không có ô-xy). Vì

khi có mặt ô-xy các loài vi sinh vật kị khí sản sinh ra khí sinh

học sẽ bị chết

11

Khí mê-tan được tìm thấy ở:

• Đáy hồ, ao tù đọng,

• Ruộng nước

• Đống rác (khí rác)

• Khí thiên nhiên > 90% mê-tan

• Khí dầu mỏ (đồng hành)

• Khí mỏ than (khí mỏ)

• Trong đường tiêu hoá của động vật (dạ cỏ trâu bò, ruột già các loài gia súc, gia cầm…)

12

1.2 Sơ đồ quá trình hình thành khí mê-tan Hy- đờ- rát- các- bon

(Tinh bột, đường, chất

xơ)

Chất đạm

(Protein)

Chất béo

(mỡ, dầu thực vật)

Các đường đơn

(glucose, lactose…)

Các axit amin,

Peptit

Axit béo

và glicerin

Axit acetic

Axit formic

H2, CO2

Axit propionic

Axit butyric

(Axit acetic

Axit lactic)...

CH4 (mê- tan)

CO2, H2O, NH3, H2S...

Như vậy tất cả các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí đều được phân giải

thành khí sinh học (mê-tan, CO2, NH3..)

13

Các chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí được vi

sinh vật phân giải thành:

• Các axit hữu cơ mạch ngắn, dễ bay hơi (như là axit

axetic, butyric, lactic, propionic…)

• Các axit hữu cơ mạch ngắn này lại tiếp tục được phân

giải thành khí mê- tan (CH4), CO2, H2S ...

14

Bản vẽ một công trình KSH

Bể nạp

Bể phân giải

Bể điều áp

16

1.3 Nguyên liệu dùng để sản xuất KSH

• Chất thải vật nuôi và chất thải con người

• Phụ phẩm nông nghiệp (rơm rạ, dây lang, dây lac, phụ

phẩm rau quả..)

• Cây cỏ thân nhỏ (cỏ, cây làm phân xanh, bèo tây...)

17

Thành phần của chất thải chăn nuôi (bao gồm phân

và nước tiểu vật nuôi):

• Chất khô: 10 - 20%

• Độ ẩm (nước): 80 - 90%

Chất khô của chất thải chăn nuôi và cây cỏ:

• Chất hữu cơ: 80 - 85%

• Chất khoáng: 15 - 20%

18

Chất thải vật nuôi và chất thải con người (đưa vào bể

phân giải)

• Phân gia súc và nước tiểu (1 phần chất thải chăn nuôi

được pha với 1 -2 phần nước)

• Chất thải của người từ bồn xí tự hoại (không cần xây hầm

tự hoại, cho chảy trực tiếp vào bể phân giải)

• Ghi chú: Các chất kể trên là nguyên liệu lý tưởng cho quá trình lên

men trong bể phân giải.

19

Phụ phẩm nông nghiệp:

• Rơm rạ,

• Dây lang, dây lac,

• Phụ phẩm rau quả…

Cây cỏ thân nhỏ:

• Bèo tây,

• Cỏ, cây làm phân xanh...

20

2. Tính chất và thành phần của KSH

2.1 Tính chất của KSH

• Dễ bắt lửa

• Năng lượng nhiệt cao (4800 Kcal/m3)

• KSH chứa hơi nước bão hoà (do đó dễ gây tắc ống

dẫn khí, do hơi nước đọng lại)

• KSH chứa 50-70% khí mê-tan

21

2.2 Thành phần của KSH

• Mê-tan: 50 - 70%

• CO2: 30 - 40%

• H2, O2, NH3: 2 - 8.0%

• H2S: 0 - 3.0%

H2S cần được quan tâm:

• H2S tuy chỉ có một tỷ lệ rất thấp trong KSH, nhưng khí này ăn mòn xoong nồi, máy phát điện chạy bằng KSH và chúng lại có mùi hôi khó chịu. (Nhưng mùi hôi này lại giúp chúng ta phát hiện nơi rò rỉ khí sinh học).

• Do đó KSH cần được lọc qua thiết bị lọc khí H2S (để loại bỏ H2S).

22

3. Một số thuật ngữ theo tiêu chuẩn ngành

3.1 Công trình KSH: Bao gồm toàn bộ thiết bị KSH, như bể phân

giải, bể điều áp, bể chế biến phân hữu cơ, đường ống dẫn khí, bếp

đun…

3.2 Bể phân giải: Là bộ phận chủ yếu, có thể tích lớn nhất, là nơi

lưu giữ nguyên liệu (dịch lỏng của chất thải chăn nuôi…) trong

những điều kiện thích hợp, để quá trình phân giải kỵ khí xảy ra

thuận lợi.

23

3.3 Bể điều áp: Là bể nhỏ hơn, có chức năng tạo ra áp suất khí

sinh học, do bể này là nơi lưu giữ phần dịch thải trào ra từ bể

phân giải khi KSH được sản xuất ra.

3.4 Dịch phân giải: Là chất lỏng chứa trong bể phân giải, nơi xảy

ra quá trình phân giải chất hữu cơ và tạo ra khí sinh học.

24

3.5 Phụ phẩm KSH:

Bao gồm 3 phần: Nước xả, bã cặn và váng,

• Nước xả: Là chất lỏng xả ra hàng ngày từ bể phân giải,

• Bã cặn: Là chất đặc lắng đọng ở dưới đáy bể phân giải,

• Váng: Là chất đặc nổi lên trên bề mặt của dịch lỏng trong

bể phân giải

25

4. Lợi ích của công nghệ khí sinh học

• Cung cấp chất đốt giá rẻ

• Góp phần giảm ô nhiễm môi trường

• Giảm khí nhà kính.

• Cung cấp phân hữu cơ chất lượng cao.

• Góp phần giảm nhẹ công việc nội trợ cho phụ

nữ.

26

Những lợi ích

của công nghệ khí

sinh học

27

Ô nhiễm môi trường ở 1 trại chăn nuôi (chưa

có công trình KSH)

28

Ô nhiễm môi trường do nước thải chăn nuôi ở 1 trại chăn

nuôi nhỏ chưa có công trình KSH

29

5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình

sản sinh khí sinh học:

5.1 Môi trường kị khí

5.2 Nhiệt độ và độ pH

5.3 Đặc tính nguyên liệu

5.4 Thời gian lưu

5.5 Các độc tố

30

5.1 Môi trường kị khí:

• Vi khuẩn lên men tạo khí mê-tan, chỉ phát triển trong

điều kiện không có khí ô-xy. Do đó hầm phân giải phải

kín, không để không khí lọt vào.

5.2 Nhiệt độ và pH thích hợp:

• Vi khuẩn tạo khí mê-tan hoạt động ở nhiệt độ từ 10 đến

600 C, nhưng nhiệt độ lý tưởng là 35oC.

• Do đó ở nước ta các hầm biogas có thể hoạt động

quanh năm.

• Độ pH thích hợp cho quá trình sản xuất khí mê-tan là

6,8 – 7,5.

31

5.3 Đặc tính nguyên liệu

• Hàm lượng chất khô (%) của nguyên liệu (như phân

gia súc, cây cỏ, bèo tây…) thường rất khác nhau,

nhưng hàm lượng chất khô của dung dịch lên men

cần đạt là 4 - 9% (do đó cần pha loãng 1 phần phân

với 1-2 phần nước).

• Tỷ lệ giữa cac-bon và ni-tơ (C/N) trong nguyên liệu

cần đạt khoảng 30/1 là thích hợp nhất.*

32

5.4 Thời gian lưu nguyên liệu trong bể phân

giải hợp lý:

• Thời gian lưu của nguyên liệu (là chất thải chăn nuôi)

trong bể phân giải cần 35 - 45 ngày với nhiệt độ 30-

350 C.

• Đối với rơm rạ thời gian lưu cần đến 80-100 ngày.

33

Tóm tắt các điều kiện tối ưu cho quá trình tạo

KSH

TT Yếu tố ảnh hưởng Giá trị tối ưu

1 Nhiệt độ (oC) 35 - 40

2 pH 6,8 - 7,5

3 Hàm lượng chất khô - Chất thải động vật

(%) - Thực vật

7 - 9

4 - 8

4 Tỷ lệ C/N 30/1

5 Thời gian lưu - Chất thải động vật

(ngày) - Thực vật

30 - 60

100

34

5.5 Các độc tố

các chất sát khuẩn, các chất ức chế vi sinh vật:

• Bao gồm: chất kháng sinh, thuốc sát trùng, các hoá

chất tẩy rửa chuồng trại, nước xà phòng, thuốc trừ

sâu, trừ cỏ, thuốc nhuộm, dầu nhờn…

• Khi các chất này chảy vào bể phân giải với hàm

lượng vượt quá một giới hạn nhất định sẽ gây ức chế

hoặc tiêu diệt vi khuẩn lên men tạo khí mê-tan.

35

• Do đó khi tẩy rửa chuồng trại bằng các thuốc sát

trùng nhất thiết không cho chảy vào bể phân giải

36

Tóm tắt bài 1: (nhắc lại những điểm chính)


• Các chất hữu cơ khi được vi sinh vật phân giải trong điều kiện không có không khí (yếm khí) sẽ hình thành nên khí CH4 (mê-tan), CO2, H2O, NH3 và H2S…

2. Tính chất và thành phần của KSH

• Dễ bắt lửa, năng lượng nhiệt cao

• KSH chứa hơi nước bão hoà (do đó dễ gây tắc ống dẫn khí, do hơi nước đọng lại)

• KSH chứa 50-70% khí mê-tan

37

Tóm tắt bài 1 (tiếp theo):


• Công trình KSH

• Bể phân giải

• Bể điều áp

• Dịch phân giải

• Phụ phẩm KSH

38



• Cung cấp chất đốt giá rẻ

• Góp phần giảm ô nhiễm môi trường, giảm khí nhà

kính

• Cung cấp phân hữu cơ chất lượng cao, an toàn.

39


5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản

sinh khí sinh học: • Môi trường kị khí, nhiệt độ và pH thích hợp

• Khi các chất kháng sinh, thuốc sát trùng, các hoá chất tẩy rửa

chuồng trại, nước xà phòng, thuốc trừ sâu, trừ cỏ, thuốc

nhuộm, dầu nhờn…chảy vào bể phân giải sẽ gây ức chế hoặc

tiêu diệt vi khuẩn lên men tạo khí mê-tan.

Do đó tuyệt đối không cho các chất này chảy vào bể phân giải.

40

Hỏi và đáp


2. Tính chất và thành phần của khí sinh học



5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản

sinh KSH.

41

Các câu hỏi gợi ý

• Nêu những lợi ích của việc xây dựng công

trình KSH?

• Những loại nguyên liệu nào có thể sử dụng cho

bể phân giải?

• Vì sao các chất sát trùng, các chất kháng sinh,

nước xà phòng, thuốc trừ sâu… không được

cho chảy vào bể phân giải?

(Giáo viên đưa thêm các câu hỏi khác)

42

Các điểm trợ giúp quan trọng cho giảng

dạy

• Từ trang 9 -17 của tập giáo trình,

• Slide 10

• Slide 18

• Slide 31

• Slide 33

• Slide 34

• Slide 35

43

Cảm ơn sự chú ý lắng nghe!

44

Một số ảnh có thể bổ sung cho bài giảng

tổng quan công nghệ khí sinh học

Education