Công nghệ Biogas, Đặc tính, Cơ chế và Yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ Biogas

Công nghệ Biogas, Đặc tính, Cơ chế và Yếu tố ảnh hưởng đến công nghệ Biogas - Từ lâu hầm ủ biogas đã được biết đến là một công nghệ ủ phân trong chăn nuôi, nhất là chăn nuôi heo (lợn), Và ngày nay công nghệ Biogas hầu như không thể thiếu đối với ngành chăn nuôi, Đặc biệt là nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi. Hầm Biogas không chỉ đảm nhận nhiệm vụ quan trọng trong một dây chuyền xử lý nước thải mà Hầm Biogas còn có lợi ý về mặt tái tạo năng lượng khí sinh học CH4 (khí metan)...

1. Biogas là gì?

Biogas hay còn gọi là khí sinh học là một dạng khí hỗn hợp được sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của phân động vật và những hợp chất hữu cơ lên men dưới tác động của các vi sinh vật. Hỗn hợp khí biogas (hay khí sinh học biogas) được sinh ra gồm: khí metan (CH4) chiếm hơn 60%,  khí cacbonic (CO2) chiếm khoảng 30% và các khí khác như N2, H2, H2S,... Trong đó khí metan (CH4) là chủ yếu và là khí tạo ra năng lượng khí đốt nhờ khả năng gây cháy. Lượng biogas sinh ra còn phụ thuộc vào quá trình phân huỷ sinh học, loại phân, tỷ lệ phối trộn với nước và nhiệt độ môi trường,...

Bản vẽ chi tiết hầm Biogas

Tài liệu: Giáo trình Công nghệ khí sinh học Biogas - Nguyễn Quang Khải

2. Đặc tính của khí sinh học biogas:

- Khí biogas với trọng lượng riêng khoảng 0,95 Kg/m3 vàcó thể thay đổi do tỉ lệ khí CH4 có trong hỗn hợp.

- Biogas có tính dễ cháy nếu được hòa lẫn theo đúng tỷ lệ, thường là 1/9 – 1/10 so với không khí.

3. Cơ chế hình thành khí sinh học trong hệ thống hầm biogas

Phân và các chất hữu cơ dưới tác động của các vi sinh vật trong môi trường hiếm khí sẽ bị phân huỷ thành các chất hoà tan và chất khí. Qua nhiều quá trình phản ứng, phần lớn các chất khí được chuyển hoá thành metan và khí cacbonic. Một phần nhỏ các nguyên tố khác như nitơ (N), phốt pho (P),... cũng bị thất thoát qua quá trình phân huỷ từ Hầm Biogas.

Quá trình phân hủy kỵ khí

Sự phân huỷ kỵ khí diễn ra qua nhiều giai đoạn, với sự tham gia của nhiều chủng loại. Đó là sự phân hủy tinh bột, protein và lipiqn thành acid amin, glyxerol, acid béo, methylamine, cùng với các chất khác,…Và cuối cùng là liên kết cao phân từ mà nó khó có thể phân hủy được bởi các vi sinh vật yếm khí như xenlulozơ, lignin.

Một số phương trình phản ứng được tổng hợp theo từng giai đoạn trọng công nghệ phân hủy kỵ khí -  hầm Biogas.

* Giai  đoan thủy phân cắt mạchGluxit
Protit
Axít amin, Lipit 
* Giai đoạn Axit hóa (lên men axit)Đường đơn
Peptit
Glyxerin, Axít béo
(C6H10O5)n + nH2O -> 3nCH3COOH
CH3COOH + NH4OH -> CH3COONH4 + H2O
* Giai đoạn Acetic hóaCH3CH2O + H2O -> CH3COO + H + 2H2
CH3CH2COO + 3H2O -> CH3COO + HCO3 + H + 2H2
CH3(CH2)2COO + H2O -> 2CH3COO + H + 2H2
* Giai đoạn Methane hóaCH3COONH4 + H2O -> CH4  + CO2 + NH4OH
CH3COOH + 2H2O -> CH4 + CO2
CH3OH + H2 -> CH4 + H2O
CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O

II - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO KHÍ BIOGAS

Điều kiện yếm khí: Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, vi sinh vật tạo khí trong hầm ủ rất nhạy cảm với oxygen, nếu hầm ủ có oxygen thì hoạt động của vi sinh vật yếm khí yếu hay ngừng hẳn.

*Nhiệt  độ: Có hai vùng nhiệt độ thích hợp cho sự lên men của vi khuẩn sinh khí methane: một là messophilic (nhiệt độ trung bình) biến động từ 20 – 45oC, và hai là thermophilic (nhiệt độ cao) trong vùng nhiệt trên 45oC. Nhiệt độ tối ưu là 35oC cho vùng thứ nhất và 55oC cho vùng thứ hai.

Sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sinh khí. Vi khuẩn sinh khí methane rất nhạy cảm với nhiệt độ, biên độ nhiệt độ thay đổi cho phép là 10oC trong mỗi ngày. Nhiệt độ dưới 10oC làm vi khuẩn hoạt động kém và gas sẽ không được sinh ra hoặc rất ít. Ở Việt Nam nhiệt độ trung bình từ 18 – 32o là thuận lợi cho hoạt động của vi sinh, sinh khí methane. 

*pH: pH cũng góp phần quan trọng đối với hoạt động sống của vi khuẩn sinh khí methane. Vi khuẩn sinh khí methane thích hợp ở pH 6,5 – 7. Khi pH lớn hơn 8 hay nhỏ hơn 6 thì hoạt động của nhóm vi khuẩn giảm nhanh.

* Ẩm độ: Ẩm độ đạt 91,5 – 96% thì thích hợp cho vi khuẩn sinh methane phát triển, ẩm độ lớn hơn 96% thì tốc độ phân hủy chất hữu cơ có giảm, sản lượng khí sinh ra thấp.

*Thành phần dinh dưỡng(Hàm lượng chất khô): Để đảm bảo quá trình sinh khí bình thường và liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn. Thành phần chủ yếu của nguyên liệu phải cấp là C và N; với carbon ở dạng là carbohydrate, còn nitơ ở dạng nitrate, protein, amoniac. Ngoài việc cung cấp đầy đủ nguyên liệu C và N cần phải đảm bảo tỉ lệ tương ứng C/N. Tỉ lệ thích hợp sẽ đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt động sống của vi sinh vật kỵ khí, trong đó C sẽ tạo năng lượng còn N sẽ tạo cơ cấu của tế bào. Nhiều thí nghiệm cho thấy với tỉ lệ C/N = 25/1 – 30/1 thì sự phân hủy kỵ khí xảy ra tốt.

*Tỉ lệ phân/nước: Nếu phân quá loãng thì lượng phân không đủ để phân hủy, ngược lại dịch phân quá đặc sẽ gây cứng hầm ủ và cản trở quá trình thoát khí.  Tốt nhất cho sự phân hủy biến thiên từ  1/3 hoặc 1/4 đến 1/7 . Dịch thải ra rất tốt có màu đen sậm. Nước thải sau quá trình phân hủy trong công nghệ hầm ủ biogas sẽ giảm mùi hôi, không thấy ruồi nhặng đeo bám tiêu diệt mầm bệnh, nhất là ký sinh trùng và các bệnh lây lan khác.

*Thời gian lưu phân trong hầm chứa: Nguyên liệu cần nằm trong bể từ 30-50 ngày.

Thời gian lưu hầm biogas 

Ngoài các yếu tố cơ bản ra còn một vài yếu tố khác giúp cho hầm Biogas đạt hiệu qua xử lý cao hơn như:

1. Thành phần đầu vào: khí được sinh ra phụ thuộc vào thành phần đầu vào.
2. Nhiệt độ: nhiệt độ tác động đến độ sống sót, tăng trưởng và hoạt động trao đổi  chất của vi sinh vật.
3. Sự xáo chộn nhiên liệu
4. Kích thước nguyên liệu
5. PH = 6.8 - 7.5
6. Tỉ lệ C:N
7. Nồng độ VFA
8. Nồng độ Amoni
9. Dinh dưỡng

III - VI SINH VẬT TRONG LÊN MEN BIOGAS

Bên dưới là danh sách tổng hợp các vi sinh vật có nhiệm vụ liên men trong hầm Biogas

1. Bacillus cereus
2. Bacillus knolkampi
3. Bacillus megaterium
4. Bacterodies succigenes
5. Clostridium carnefectium
6. Clostridium cellobinharus
7. Clostridium dissolves
8. Clostridium thermocellaseum
9. Pseudomonas 

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại Men vi sinh (chế phẩm sinh học) cung cấp hàm lượng vi sinh cần thiết cho Hầm ủ Biogas cũng như men vi sinh xử lý mui hôi cho trang trại chăn nuôi heo, gà... Trước khi mua sản phẩm bạn cần phải tìm hiểu rõ về nguồn gốc/xuất xứ và tính khả thi ngoài thực tế trước nhé.

Trên đây là một vài kiến thực nho nhỏ của @Tài liệu môi trường gửi đến các bạn, mọi sự thặc mặc, đóng góp, chia sẻ tài liệu, kiến thức xin vui lòng gửi về địa chỉ: 

Email: tailieumoitruong.org@gmail.com

Cộng đồng KS.CNKTMT trên Zalo

Tham gia cộng đồng trên Zalo để nhận được sự tương tác tốt hơn.

Cộng đồng JOB-CNKTMT trên Zalo

Nhóm đăng và tìm thông tin tuyển dụng ngành môi trường.

Hướng Dẫn Download | Liên Hệ

Like và chia sẻ bài viết này ủng hộ mình nhé!