Xử lý chất thải hữu cơ bằng phương pháp kỵ khí (biogas)

XỬ LÝ CHẤT THẢI HỮU CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỴ KHÍ(BIOGAS) Cộng đồng châu âu kêu gọi các nước trong khối thực hiện mục tiêu sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học (bao gồm biogas, ethanol, biodiesel) vào năm 2010. Thụy Điển là quốc gia đầu tiên ở châu âu triển khai dự án thí điểm “thành phố biogas”. Hiện, nước này có khoảng 4.000 phương tiện công cộng chạy bằng biogas. Tại đây, cứ 10 trạm bơm nhiên liệu thông thường sẽ có một trạm biogas. Chính phủ Thuỵ Điển đã đề ra các chính sách thuế để đảm bảo giá biogas rẻ hơn 30% so với xăng. LỢI ÍCH CỦA BIOGAS Việc sử dụng các công trình khí sinh học góp phần quan trọng giảm ô nhiễm môi trường do chất thải (ước tính xử lý được 7,5 - 8 triệu tấn chất thải chăn nuôi). Phụ phẩm khí sinh học được sử dụng làm phân bón cho đồng ruộng và hoa màu có tác dụng cải tạo đất, nâng cao độ phì chống bạc màu và xói mòn đất, góp phần bảo vệ và cải tạo nguồn tài nguyên đất canh tác, giúp cho cây trồng tăng sản lượng từ 20 đến 30%. Sử dụng khí sinh học làm chất đốt nhằm giảm tiêu thụ gỗ củi phục vụ các mục đích khác nhau và cũng góp phần giảm các bệnh về mắt và phổi do khói bụi gây ra khi đun nấu. NHƯỢC ĐIỂM Fixed dome type of bio gas suffers from a disadvantage that its volume is fixed. So if the gas pressure increases inside, it may cause damage to the concrete dome. This does not happen in the floating holder type of bio gas plant. Một hầm biogas tiết kiệm: Khoảng 2,3 tấn củi đun, tương đương 0,03ha rừng/năm. Giảm thiểu 107.000 tấn CO2. Tiết kiệm 13.000 tấn than. Gần 3.300 tấn dầu. 208.022 bình gas. KHÁI NIỆM BIOGAS Biogas là nguồn năng lượng tái sinh chứa methane và khí carbonic được sinh ra từ sự phân huỷ kỵ khí hay sự lên men của chất hữu cơ của chất thải gia súc... trong điều kiện thiếu không khí. Biogas được xem như là một loại năng lượng sinh học có được từ sự nén hoặc khử (digestion) hay lên men (fermentation) trong điều kiện yếm khí (anaerobic) của những vật chất có nguồn gốc hữu cơ như phân chuồng, bùn (sludge) trong hệ thống cống rãnh), rác, phế thải gia cư, hoặc các loại rác hữu cơ có thể bị sinh phân huỷ (biodegradable waste). THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA KHÍ SINH HỌC Khí methane (50-70%). Khí carbonic (CO2) (30-45%). Và một lượng nhỏ các khí khác như nitrogen (N2) (0-10%), Hydrogen (H2) (0-10%), hydrogen sulphide (H2S) (0-3%) và oxygen (O2) (0-2%). Sự cháy của KSH do hàm lượng khí mêtan trong KSH quyết định. Nếu hàm lượng này thấp thì mặc dù có khí sinh ra nhưng khí này đốt sẽ không cháy. VI SINH VẬT TRONG BIOGAS Quá trình sản sinh khí sinh học không thể xảy ra nếu không có các vi sinh vật. Có 3 nhóm vi sinh vật chủ yếu: Vi khuẩn thủy phân (VK lên men) Vi khuẩn sinh axetat và hidro. Vi khuẩn sinh mê tan. Vi khuẩn thủy phân là một nhóm vi khuẩn rất phức tạp và gồm nhiều loài khác nhau. Chức năng của chúng là thuỷ phân các chất hữu cơ phức tạp và không tan thành các hợp chất hữu cơ đơn giản và tan được. Tuỳ theo thành phần các hợp chất bị chúng phân huỷ mà người ta chia thành vi khuẩn phân huỷ celluloza, VK phân huỷ protein, VK phân huỷ axit béo...; Vi khuẩn lên men yếm khí hầu hết là trực khuẩn có bào tử nằm rải rác ở các họ:  Clostridium, Plectridium, Cacduccus, Endosponus, Terminosporus… Nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm các loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli. có chức năng phân huỷ các chất sinh ra ở giai đoạn đầu như axit propionic, các axit béo bậc cao...;   Nhóm vi sinh vật sinh methane gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina). VK sinh mêtan có chức năng chuyển hóa các axit axetic, axit fomic... thành khí mêtan, CO2, O2, N, H2S... Các chất tạo thành: H2, formate, acetate, alchohol, methylamine, rượu... đều cho electron và được làm chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sinh khí methane (CH4) chuyên biệt. Nhóm vi khuẩn chuyên biệt này đều có hai coenzyme đặc thù mà các nhóm vi khuẩn khác hầu như chưa thấy: Coenzyme M.(2-Mercaptoetban-Sulfonic-acid). Coenzyme F420. (một loại flavin mononuc leotic) 3 GIAI ĐỌAN CỦA BIOGAS Thuỷ phân (phân hủy các chất hũu cơ cao phân tử)= (giai đọan lên men). Sinh axít và H2. Sinh mêtan. C6H12O6 -> 2CH3COCOOH + 2H2; 2CH3COCOOH + 2H2O -> 2CH3COOH + 2H2O + 2CO2; 4H2 + CO2 -> CH4 + 2H2O; 2CH3COOH -> 2CH4 +2CO2 CƠ CHẾ HỌAT ĐỘNG CỦA CÔNG TRÌNH BIOGAS Bể BIOGAS hoạt động theo chu trình gồm 2 giai đoạn: giai đoạn tích khí và giai đoạn sử dụng khí. Giai đoạn tích khí: lúc bắt đầu, áp suất khí bằng 0. khí bắt đầu sinh ra và tích lại ở phần trên của bể phân giải. Khối không khí được tích ngày càng nhiều và đẩy dịch phân giải dâng lên ở bể điều áp và ống lối vào. Bề mặt dịch phân giải trong bể phân giải dần hạ xuống còn bề mặt dịch trong bể điều áp tăng lên. Nếu khí không được sử dụng, dịch phân giải sẽ tiếp tục tăng và đến một lúc nào đó sẽ tràn khỏi bể điều áp qua đường xả tràn; Giai đoạn sử dụng khí: Khi khí được lấy đi sử dụng, bể mặt dịch ở bể điều áp giảm xuống và bề mặt dịch phân giải ở bể phân giải tăng dần lên. Khi độ chênh giữa 2 bề mặt dịch này bằng 0, thiết bị sẽ trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt động. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIOGAS Có 6 yếu tố chính ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sinh khí sinh học: 1) Môi trường kỵ khí 2) Nhiệt độ: nhiệt độ tối ưu là 30-35o 3) Độ pH: thích hợp nhất là môi trường hơi kiềm 6,8-7 4) Hàm lượng chất khô: với phân động vật thì để có hàm lượng chất khô thích hợp nhất cần pha loãng 1 phân và 1-3 nước 5) Thời gian lưu: nguyên liệu cần nằm trong bể từ 30-50 ngày 6) Các độc tố: tuyệt đối không cho vào bể các chất như thuốc kháng sinh, diệt cỏ, trừ sâu, xà phòng... CÁC KIỂU HẦM Ủ BIOGAS Ứng dụng sản phẩm biogas