Kỳ 2: Nguyên lý hoạt động của hầm Biogas
Công nghệ Biogas là gì? (Microbe-lift) Biogas còn gọi là khí sinh học. Đây là một dạng khí hỗn hợp gồm khí metan (CH4) chiếm 60%, khí cacbonic (CO2) chiếm 30% và các khí khác như N2, H2, H2S,… được sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của phân động vật và các hợp chất hữu cơ lên men dưới tác động của vi sinh vật. Lượng biogas sinh ra phụ thuộc vào quá trình phân hủy sinh học, loại phân, tỷ lệ phối trộn với nước và nhiệt độ môi trường. Ứng dụng đặc tính này công nghệ Biogas Compost ra đời nhằm sử dụng những chất hữu cơ có từ phân thải động vật tạo thành biogas, tạo thành nguồn năng lượng gas, điện, ứng dụng trong sinh hoạt, sản xuất…Công nghệ biogas thường thấy tại các trang trại chăn nuôi gia súc, điển hình là chăn nuôi heo (lợn). Công nghệ này mang đến các ưu điểm như:
- Giảm bớt chi phí xử lý chất thải, một vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay.
- Giảm mùi hôi thối từ phân động vật, giúp không khí trong lành hơn.
- Không tốn tiền mua gas, điện.
- Phòng chống dịch bệnh trong chăn nuôi.
- Bảo vệ môi trường khi đem lại nguồn năng lượng thay thế nhiên liệu hoá thạch như xăng, dầu…
- Bã đặc, nước thải lỏng của công nghệ biogas được sử dụng làm phân bón giúp tăng năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh, nâng cao độ phì nhiêu cho đất cũng như sử dụng vào nhiều mục đích khác.
Quá trình hình thành biogas (Dr.Air)
Cơ chế hình thành biogas là quá trình các chất thải hữu cơ trải qua sự phân hủy dưới tác động của vi sinh vật không khí, tạo thành các sản phẩm trung gian như chất hòa tan và chất khí, sau đó qua các phản ứng hóa họckhác nhau sẽ chuyển đổi thành CH4 và CO2. Cơ chế này có thể diễn ra qua 2 con đường chính:
Quá trình 1:
Giai đoạn 1: Acid hóa cellulose, tạo thành các acid acetic:(C6H10O5)n + nH2O → 3n CH3COOHAcid acetic tạo thành muối:CH3COOH + NH4OH → CH3COONH4+ H2O
Giai đoạn 2: Muối hữu cơ phân hủy và lên men khí metan: CH3COOHNH4 + H2O → CH4+ CO2+ NH4OH
Quá trình 2:
Giai đoạn 1: Acid hóa cellulose, tạo thành acid acetic: (C6H10O5)n + nH2O → 3n CH3COOH
Đồng thời acid acetic thủy phân tạo ra CO, H2: CH3COOH + 2H2O → 2CO2+ 4H2
Giai đoạn 2: Tổng hợp khí metan từ phản ứng giữa CO2, H2: CO2+ 4H2 → CH4 + 2H2O
Như vậy, cơ chế hình thành biogas là quá trình phức tạp, diễn ra nhiều giai đoạn phản ứng hóa học khác nhau, với sự tham gia của các vi sinh vật kỵ khí. Khí gas từ hầm biogas có thành phần chủ yếu gồm khí metan (CH4) và hơi nước, ngoài ra còn có các axit amin, các vitamin… Lượng khí này dùng 1 phần cho nhà bếp đun nấu, 1 phần sưởi ấm cho đàn lợn vào mùa đông, còn phần lớn dùng để chạy máy phát điện tạo ra điện năng phục vụ cho nhu cầu của trang trại.
Bể chứa nước sau xử lý.
Một số lưu ý khí xây dựng hầm biogas
Vị trí lắp đặt hầm biogas
Việc chọn vị trí và thiết kế cho mô hình hầm biogas là một yếu tố quan trọng, quyết định hiệu quả của hệ thống. Vị trí lắp đặt hầm biogas phải đảm bảo các yêu cầu vềđịa hình, địa chất, nguồn nước, đặc biệt là đối với nguồn nước ngầm. Hầm biogas cần được đặt ở vị trí gần nguồn chất thải của trại để tiết kiệm chi phí vận chuyển. Thiết kế và quy mô hầm biogas cần phù hợp với điều kiện trại và quy mô của đàn lợn. Kích cỡ quy mô hầm biogas đảm bảo chứa được 40–45 ngày lượng nước thải của trại, tức là nước đã vào hầm biogas, sau 40–45 ngày phân hủy yếm khí mới thải ra ngoài thì sẽ đảm bảo phân hủy triệt để chất hữu cơ thành CH4; phân hủy càng lâu thì chất lượng nước đầu ra càng sạch và càng tạo ra nhiều khí CH4 để sử dụng chạy máy phát điện và các sinh hoạt khác.
Những trang trại lớn yêu cầu xây hầm biogas hàng vạn mét khối. Qua thực tiễn, nếu những trang trại có điều kiện mặt bằng có thể thay vì lắp đặt 1 hầm biogas to thì có thể chia thành 3 hầm liên thông với nhau, nước phân vào hầm biogas 1 được phân hủy yếm khí lần 1, sau đó tự động chảy sang hầm biogas số 2, phân hủy yếm khí tiếp lần 2, nước tự chảy sang hầm 3 phân hủy yếm khí tiếp lần 3. Qua 3 lần phân hủy, nước thải ra rất trong sạch, những vi khuẩn hiếu khí và trứng giun sán không còn sống, nước thải được kiểm tra nếu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật thì có thể không phải qua khâu xử lý đã sử dụng được. Làm nhiều hầm biogas để phòng trường hợp
thủng 1 hầm thì xử lý sửa chữa cũng thuận lợi hơn xử lý sửa chữa hầm lớn và khi sửa 1 hầm thì vẫn còn 2 hầm khác hoạt động. Để tiết kiệm diện tích và nâng sức chứa của từng hầm thì các trang trại cần đào sâu đến độ sâu nhất có thể trong điều kiện địa chất và tránh nước ngầm. Nếu nước phân qua 1 hầm biogas duy nhất thì nước sau biogas chưa thể trong sạch nên thường phải qua hệ thống bể xử lý gây tốn kém: chi phí xây hệ thống xử lý hàng chục tỷ đồng, chi tiền điện, hóa chất và nhân công vận hành hàng ngày. Nếu làm 3 hầm liên thông nước vào hệ thống biogas sẽ lưu trữ trong đó 3 × 40 ngày = 120 ngày nước mới thải ra và rất trong sạch có thể không cần qua hệ thống bể xử lý gây tốn kém, thu được nhiều khí gas hơn.
Hỗn hợp nước và phân lợn sau khi qua máy ép phân thường còn 30% phân được đưa vào hầm biogas, lâu ngày trong hầm sẽ hình thành váng đọng trong hầm biogas. Do đó, nước phân sau máy ép phân vào hầm biogas dễ hình thành “dòng mương” trong hầm biogas từ đầu vào đến đầu ra của hầm biogas và như vậy nước phân không được lưu trong hầm và không được vi khuẩn kỵ khí phân hủy nên nước đầu ra vẫn đậm đặc.
Để khắc phục tình trạng trên, nước phân đầu vào biogas cần được tách ra làm 3–4 lối vào để nước phân được dàn đều trong hầm biogas và được phân hủy tốt, phần đối diện là đầu nước ra của hầm biogas sẽ trong sạch. Như vậy, quá trình xử lý phân và nước thải trong chăn nuôi lợn thịt sẽ thu được: khí gas để chạy máy phát điện, bã phân, nước sau khi xử lý.
Dùng khí gas để chạy máy phát điện
Qua kinh nghiệm của các trang trại chăn nuôi lợn của DABACO, với 4.000-5.000 con lợn thịt, 6.000-7.000 con lợn nái thì có thể đủ khí gas chạy 1 máy phát điện công suất 150 Kw. 1 máy phát điện chạy 12–14h sẽ tạo ra 1.000–1.200 Kw điện phục vụ cho nhu cầu của trang trại. Nếu số đầu lợn ít hơn thì có thể lắp máy có công suất nhỏ hơn.
Hạch toán khi dùng khí gas chạy máy phát điện:
- Nếu thuê máy: Đơn vị có máy sẽ mang máy phát điện đến lắp đặt, vận hành và sửa chữa khi máy gặp trục trặc, hỏng hóc. Đơn vị có máy phát điện sẽ bán điện cho đơn vị chăn nuôi với giá 1.500đ- 1.800đ /1kw. Như vậy, đơn vị chăn nuôi sẽ được sử dụng điện với giá rẻ hơn giá điện của điện lực là 2.700đ/1kw − (1.500-1.800đ/1kw) = 900-1.200đ/1kw mà không phải bỏ ra chi phí nào.
- Nếu mua máy về tự vận hành: Đơn vị có máy phát điện sẽ bán máy cho đơn vị chăn nuôi. Đơn vị bán máy sẽ bảo hành 6 tháng, nếu ngoài 6 tháng máy hỏng đơn vị bán máy sẽ sửa chữa theo giá dịch vụ. Nếu máy hỏng không chạy được thì đơn vị bán máy sẽ mang máy cũ về và chuyển cho đơn vị chăn nuôi máy khác (đơn vị chăn nuôi
phải thanh toán 1 phần kinh phí cho việc đổi máy) và như vậy đơn vị chăn nuôi luôn có máy phát để dùng. Với hình thức mua máy, đơn vị chăn nuôi vận hành phát điện được Kw nào là hưởng Kw đó (với giá là 2.700đ/1kw) và chỉ 8–10 tháng là khấu hao hết tiền mua máy. Tùy điều kiện mà các đơn vị chăn nuôi chọn hình thức thuê hoặc mua máy.
Ngoài tiền điện thu được do chạy máy phát điện biogas thì khi thị trường mua bán giảm phát thải khí cacbon ở Việt Nam được hình thành thì có thể thu tiền từ việc bán đơn vị giảm phát thải khí cacbon.
Máy ép phân (Loại máy có thể giữ lại 95% vật chất khô).
Bã phân
Bã phân sau khi ép được thu gom ủ với chế phẩm vi sinh EM. Khi bã phân hoai mục thì làm phân bón cho cây trồng (chuối, bơ, cam, quýt và các cây ăn quả khác, cây lấy gỗ… ). Lượng bã phân nhiều hay ít phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng loại máy ép phân, có loại máy ép chỉ thu gom được 60-70% vật chất khô, có loại máy có thể thu gom giữ lại đến 95% vật chất khô, nếu dùng loại máy này thì nước sau ép vào bể điều tiết chủ yếu là nước thải. Ban đầu hỗn hợp phân và nước được gom vào bể chứa, qua kinh nghiệm thực tiễn bể chứa cần được xây hình tròn, thể tích tùy thuộc vào lượng hỗn hợp phân và nước thải, trong bể cần lắp đặt một máy khuấy để tạo độ hòa tan trong bể chứa. Máy khuấy có 2 loại: một loại gồm mô tơ gắn với trục khuấy, đầu trục khuấy được hàn các thanh khuấy bằng sắt chống gỉ, loại này được lắp ở giữa bể để khuấy tan đều phân và nước. Một loại máy khuấy gồm mô tơ gắn với trục khuấy dạng cánh xoắn gắn theo độ sâu của trục xoắn, loại này được gắn sát thành tròn của bể. Cả 2 loại máy khuấy trên khi chạy sẽ làm cho phân và nước thải chạy tròn quanh bể hòa tan đều vào nhau. Lắp một máy bơm hút hỗn hợp phân và
nước đã được hòa tan vào máy ép phân, máy ép phân sẽ giữ lại vật chất khô (bã phân), nước ép sẽ theo đường ống chảy vào bể điều tiết, từ bể điều tiết sẽ được bơm lên hệ thống tuyển nổi để tiếp tục giữ lại bã phân còn lại sau đó nước thải được đưa vào hệ thống biogas. Như vậy, nước thải vào biogas sẽ còn rất ít bã phân giúp cho bể biogas hoạt động tốt và ít bị lắng đọng tạp chất, ít xảy ra tạo váng trong hầm biogas giúp tăng tuổi thọ của bể biogas.
Ao bạt chứa nước sau xử lý.
Nước biogas sau xử lý
Đối với nước sau xử lý của 1 hầm biogas phải qua hệ thống bể xử lý: Do quá trình xử lý có sử dụng 1 số hóa chất, chất sát khuẩn nên nước sau xử lý tuy không có vi sinh vật gây bệnh nhưng không nên dùng tận dụng quay lại hệ thống bể vầy của khu nuôi lợn thịt vì rất có thể lợn tiếp xúc và uống phải nước này dễ bị ngộ độc. Nước sau xử lý chỉ nên tận dụng quay lại khu chăn nuôi lợn cai sữa và khu chăn nuôi lợn nái dùng để làm nước thoát cống gầm chuồng, rửa chuồng, do nước không tiếp xúc với lợn nên sử dụng an toàn. Sau khi tận dụng quay lại chuồng lợn cai sữa, lợn nái để rửa và xả gầm chuồng còn thừa tích lại ao bạt. Từ ao bạt lắp máy bơm có van phao thấp hơn bờ ao 50 cm giúp cho máy tự động bơm lên đồi cây mà không tự tràn
ra môi trường. Nếu là đồi cây thì nước được tự động bơm lên 1 bể bạt tại vị trí cao nhất của đồi, từ bể bạt lắp đặt hệ thống vòi có van khóa đi các hướng của đồi cây, cần tưới cho khu vực nào thì mở van khóa cho khu vực đó. Nếu là vườn cây bằng phẳng thì lắp hệ thống ống bơm tưới cho từng khu, lập lịch tưới cho các khu sao cho nước được tưới đều khắp lần lượt cho từng khu vườn. Nên phân chia vườn cây thành 7 khu, mỗi khu được tưới 1 ngày và được tưới lặp lại sau 7 ngày.
Với cách vận hành như vậy toàn bộ nước thải sau xử lý được tận dụng tuần hoàn lại chuồng nuôi và tưới cây, vừa tiết kiệm được nguồn nước, vừa tốt cho cây trồng mà không còn nước thải ra bên ngoài, không gây ô nhiễm cho môi trường, không gây bức xúc cho người dân và chính quyền nơi trang trại chăn nuôi lợn hoạt động và bản thân doanh nghiệp cũng yên tâm sản xuất. Nếu đơn vị có diện tích trồng chuối thì có thể dùng chuối được thu hoạch làm thức ăn cho chăn nuôi lợn rất tốt, đặc biệt là đối với lợn con.
T.S Nguyễn Văn Tuế
Phó Tổng Giám đốc Tập đoàn DABACO Việt Nam,
Phó Chủ tịch kiêm Tổng thư ký Hiệp hội Thức ăn chăn nuôi Việt Nam.
Kỳ 3: Dùng phân lợn nái để nuôi giun
Vườn chuối được tưới nước sau xử lý.
