The center for rural communities research and development Biogas technology Instructions for the construction of improved VACVINA biogas plants Dự án hướng dẫn công nghệ xây dựng hầm biogas VACVINA cải tiến Chương I I. Tổng quan: Hợp chất hữu cơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau trong cuộc sống, chủ yếu là các sinh vật chết và phân động vật. Hợp chất hữu được cấu tạo chủ yếu từ Cacbon kết hợp với một số nguyên tố khác như H, O, N, S v v tạo nên các hợp chất được gọi là cacbonhydrat, protein và lipit. Trong tự nhiên, xác chết và các hợp chất hữu cơ sẽ được xử lý nhanh chóng bởi vi sinh vật chủ yếu là vi khuẩn thông qua quá trình phân huỷ bằng việc bẻ gãy mạch cácbon phức tạp để tạo thành các mạch nhỏ hơn. Tiến trình phân huỷ xảy ra có sự hiện diện của oxy được gọi là quá trình phân huỷ hiếu khí, để tạo ra một hỗn hợp khí có thành phần là CO2. Phương trình hoá học được biểu diễn như sau: n(C 6 H 10 O 5 ) + nH 2 O + n6O 2 Aerobic bacteria n (6CO 2 +6H 2 O) + Q Kcalories. Tiến trình phân huỷ không có oxy được gọi là phân huỷ yếm khí tạo ra một hỗn hợp khí chứa thành phần metan. Phương trình hoá học được biểu diễn như sau: n (C 6 H 10 O 5 ) + nH 2 O Anaerobic bacteria n (3CH 4 + 3CO ) Khí biogas là tên hỗn hợp khí được tạo ra bởi quá trình phân huỷ sinh học của các hợp chất hữu cơ dưới điều kiện yếm khí. Thành phần chủ yếu là khí metan, khí biogas sản sinh ra 5200-5800Kj/m3 khi đốt cháy ở nhiệt độ thường. Khí biogas thân thiện với môi trường là nguồn năng lượng thay thế các nhiên liệu hoá thạch. II. Cải tiến công nghệ Biogas Nước cống và phụ phẩm nông nghiệp có chứa các hợp chất hữu cơ cao phân tử. Khi đạt nhiệt độ và độ ẩm riêng, những hợp chất đó sẽ bị bẻ gãy thành các hợp chất nhỏ hơn là hợp chất vô cơ hay là các khí. Ở nồng độ cao, các khí tạo ra sẽ gây ô nhiễm có hại cho người và động vật. Mặt khác việc xử lý chất thải đúng đắn tạo sẽ ra khí biogas và phân bón hữu cơ. Cách thức này trở nên quan trọng ở Việt Nam thể hiện bằng bằng mô hình VAC truyền thống. Công nghệ biogas có thể mang lại nhiều lợi ích cho nông dân, đó là: 1. Sản xuất được nhiên liệu tái tạo sạch và rẻ. 2. Cải thiện điều kiện vệ sinh và sức khoẻ ở các nông hộ (khử các chất thô và phân bắc (night soil), khử mùi hôi gây ra do phân lợn, giảm thiểu ruồi và động vật ký sinh, làm sạch động vật nuôi nhốt, hạn khói (đốt bằng gỗ và than đá). Ứng dụng công nghệ Biogas cũng có nghĩa là nâng cao tầm nhận thức về các vấn đề môi trường quan trọng và thực hành nông nghiệp bền vững. 3. Giảm CO2 thoát ra và giảm thiểu sự áp lực phá rừng ở khu vực trung du và miền núi bởi sự thay thế gỗ bằng khí biogas khi đun nấu. 4. Cải tiến tình trạng tài chính ở hộ gia đình do giảm hoặc không tốn kém chi phí nhiên liệu. 5. Giảm sự thoái hoá đất, cải thiện phân bón cho đất và các sản xuất nông nghiệp bởi việc sử dụng chất đã phân huỷ (ở hầm biogas) thay thế các phân bón hoá học. 6. Hoạt động chăn nuôi trở nên thuận tiện hơn đặc biệt là các khu trại chăn nuôi tập trung. 7. Giảm sức lao động của các bà nội trợ khi vệ sinh dụng cụ bếp. III. Tình hình sử dụng công nghệ biogas ở Việt Nam Công nghệ biogas kích cỡ gia đình được giới thiệu ở Việt Nam từ những năm 90. Sau đó nhiều mô hình khác nhau đã được cải tiến. Ở Việt Nam trước đây có 2 hệ thống biogas chủ yếu: mái vòm kín (fixed dome) hoặc túi nhựa nilon (plastic bag). Gần đây, có thêm sự xuất hiện của hầm biogas thế hệ thứ 3 xuất hiện VACVINA 1. Hầm biogas vòm cố định: Được phát triển ở Trung Quốc, Ấn độ, hầm biogas vòm kím bao gồm nhiều hợp phần liên kết với nhau. - Phần chính hình chiếc cốc ngầm dưới đất (màu vàng), đỉnh là nơi khí gas tích tụ (accummulate). Đỉnh có thể làm bằng gạch, bê tông cốt sắt (ferro-concrete) hay nhựa tổng hợp (composite). - Đầu vào (mũi tên đỏ) là nơi nguyên liệu được phối trộn và cho vào hệ thống. -Đầu ra (mũi tên xanh) là nơi tích tụ bùn thải. Hỗn hợp hữu cơ được đưa vào hầm, khí gas được tạo ra và tích tụ trong vòm. Khi lượng khí gas tăng lên, chất lỏng trong thiết bị sẽ bị nén xuống, tràn qua và duy trì cân bằng ở hầm chứa (mũi tên xanh). Thông thường, một hầm vòm kín sẽ tạo ra áp suất không đổi tương đương với 80cm cột nước. Và khi khí gas được sử dụng, dung dịch lỏng sẽ chảy ngược từ hầm chứa bên ngoài vào trong hầm chính tạo nên sự cân bằng áp suất trong hầm. Tuy nhiên, hệ thống biogas vòm kín cũng có một số nhược điểm khi áp dụng ở vùng nông thôn Việt Nam. Hệ thống này khá phức tạp so với trình độ xây dựng hiện tại cũng như là huấn luyện kỹ năng cho các thợ nề (masons). Toàn bộ cấu trúc, đặc biệt là vòm cầu có thể hình thành hững vết nứt làm cho khí gas thoát ra ngoài gây nên sự giảm áp suất.Hơn nữa, giá trị đầu tư khá cao khi so sánh với thu nhập của các hộ gia đình. Sau một thời gian sử dụng, trong hầm phân huỷ, một lớp bùn có thể được tích tụ ngăn cản không cho khí gas thoát ra ngoài. Việc làm sạch và bảo dưỡng hàng năm là cần thiết. 2. Kiểu túi nilon: Mô hình này có nguồn gốc từ Colombia được giới thiệu ở Việt Nam lần đầu tiên vào năm 1994 bởi tiến sĩ Reg Preston, hiệu trưởng (rector) trường đại học Nông nghiệp nhiệt đới. Hệ thống này bao gồm một túi phân huỷ dài hoặc là túi lên men và một bể hay túi chứa khí gas. Cả hai được chế tạo từ hai hay ba lớp ống polyetylen dày 21µc và 1m đường kính. Chiều dài của túi chính được xác định bằng tổng thể tích của buồng phân huỷ (10m chiều dài túi tương ứng với 7m3 thể tích buồng phân huỷ). Túi phân huỷ được chôn vùi một nửa trong mương. Một đầu được nối với thiết bị trộn nhỏ và thùng tập trung còn đầu kia là hố bùn tập trung. Bình chứa gas có dung tích khoảng 1,8m3 thường được treo trong nhà bếp hay đặt lên một chỗ cố định. Khi hỗn hợp hữu cơ được cho vào túi phân huỷ, nó di chuyển chậm dọc theo túi trong khi quá trình lên men xảy ra và cho đến khi bị trục xuất ra ngoài, nó trở thành bùn phân huỷ. Khí sinh học tạo ra tập trung trong túi chính dưới tác dụng của trọng lực cũng như là áp suất sẽ tới bình chứa khí. Khí sinh học được chứa chừng mực nào đó trong túi chính và trong bình chứa. Người sử dụng có thể điều chỉnh số lượng khí thoát ra bằng việc kiểm soát mức độ bơm căng của túi. Túi nilon khá rẻ, dễ dàng lắp đặt và hoạt động, lớp váng hình thành có thể được điều chỉnh dễ dàng khi vỗ nhẹ lên và nó sẽ chìm xuống đáy. Tuy nhiên, túi nilon lại khá mỏng manh, dễ bị thủng hay rách trong khoảng 3 tới 5 năm. Chúng phải được bảo vệ tránh động vật cũng như các tia nắng mặt trời, tia UV có thể phân huỷ lớp nhựa.Thêm nữa, mô hình này cần khoảng đất rộng từ 10 - 15m2 gần chuồng gia súc. Đây là vấn đề khó khăn cho nhiều hộ gia đình ở Đồng bằng sông Hồng vì không đủ rộng rãi để xây dựng. 4.3. Mô hình bể biogas VACVINA Hầm VACVINA được thiết kế theo những mục đích sau: - Thiết kế và thi công đơn giản với dung sai lớn. - Sử dụng ít không gian trống. - Độ bền cao. - Giá thành xây dựng rẻ hơn. - Tạo ra dòng khí ổn định bởi sự điều khiển chủ động lớp váng hình thành. - Chi phí bảo dưỡng thấp. Mô hình hầm VACVINA cải tiến Mặc dù không có một mô hình nào là hoàn hảo, nhưng VACVINA đã chứng minh rằng nó là mô hình đạt được nhiều điều kiện: đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả. Được thiết kế theo phù hợp với điều kiện Việt Nam, được nông dân đón nhận và đã mang lại hiệu quả cao. Sơ đồ thiết kế và nguyên lý hoạt động như sau: Chú thích: 1. Nguyên liệu vào; 2. Hầm phân huỷ; 3. Bể chứa bùn lỏng; 4. Túi chứa khí. Nó bao gồm một hầm vuông (hay chữ nhật) đặt ngầm là hầm phân huỷ chính với túi chứa khí bằng nilon. Một hệ thống đầu vào cho phép nguyên liệu rơi xuống trên bề mặt dịch lên men sẽ làm phá vỡ lớp váng hình thành. 1. Đầu vào: Đầu vào là một bộ phận đơn giản, rẻ tiền là ống siphon (còn được gọi là đầu nối con thỏ) làm bằng đất nung tráng men (glazed terracotta). Hệ thống thông thường bao gồm hai hoặc ba siphon đầu vào hay cũng có thể đầu vào chính là nhà tiêu. Ngoài việc đóng vai trò là chỗ nạp liệu, nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn ngừa sự hình thành một lớp váng dày bằng việc cho phép dòng nguyên liệu rơi thẳng xuống bề mặt dung dịch làm thấm ướt và phá vỡ lớp váng. Khi nguyên liệu được cho vào liên tục, bề mặt luôn bị khuấy động và vỡ ra. Thêm nữa, siphon cũng hoạt động giống như một van áp lực an toàn không cho khí thoát ra ngoài 2. Hầm phân huỷ: Hầm phân huỷ chính là một hầm ngầm vuông góc được xây bằng gạch đặc và vữa (mortar). Tuy nhiên hình dạng của hầm có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào số lượng gia súc chăn nuôi. Một trong những ưu điểm lớn của mô hình này là tấm bê tông (concrete) ở trần hầm phân hủy được làm bằng phẳng có thể dọn sạch để làm chuồng gia súc. 3. Đầu thải bùn lỏng: Hệ thống thải bùn bao gồm một ống thẳng thường bằng PVC Ø110mm và dài 1m, nó được đặt một góc 45 0 so với hầm phân hủy. Nó có chức năng là nhánh thoát bùn (ở dạng lỏng) và thiết lập mức chất lỏng cân bằng trong hầm phân hủy. Ống thoát bùn thường nằm ở vị trí thấp hơn đường ống vào, đầu cuối của nó thấp hơn nắp hầm khoảng 35cm. Để chắc chắn khí gas được nén chặt trong hầm, đầu kia của ống được nhúng sâu vào lòng chất lỏng của hầm phân hủy. 4. Hầm chứa bùn lỏng: Bùn lỏng được chứa vào hầm chứa được xây dựng gần hầm phân hủy, nó được dùng cho lần sau (bổ sung). Lượng bùn chảy vào hầm chứa bùn cân bằng với lượng phân cho vào hầm phân hủy ở đầu vào. Tuy nhiên, thể tích của hầm chứa bùn được tính toán dựa vào lượng bùn lỏng sử dụng. Và để hệ thống hoạt động bình thường, lượng bùn lỏng trong hầm chứa phải luôn luôn được giữ thấp hơn đầu ra ở hầm phân hủy. 5. Bộ phận tích tụ khí: Bộ phận tích tụ khí được sử dụng để hứng và chứa khí gas làm nhiên liệu. Nếu gia đình có một số lượng lớn gia súc, càng nhiều khí được tạo ra nên cũng phải cần nhiều bình hay túi đựng khí. Túi được thiết kế 2 lớp polyetylen. Nó có thể chứa từ 1,5- 2m 3 . Để tăng áp lực của khí gas trong lúc nấu nướng, dùng một sơi dây cao su quấn chặt xung quanh túi chứa khí, nó sẽ thu nhỏ lại khi lượng khí trong túi giảm đi làm cho túi khí luôn luôn tự bơm căng. Chương II HƯỚNG DẪN THI CÔNG HẦM BIOGAS VACVINA CẢI TIẾN Mục tiêu: Người tham gia được trang bị kiến thức thực hành, các yêu cầu kỹ thuật của việc xây dựng hầm biogas VACVINA cải tiến: - Điều chỉnh theo tình hình chăn nuôi, địa hình xây dựng. - Các bước thi công, lắp đặt. - Hoạt động và bảo trì. I. Chuẩn bị: 1.1 Tính toán thể tích hầm phân hủy: Kích cỡ của bất kỳ hầm khí sinh học nào cũng phải dựa trên số lượng gia súc hộ gia đình sở hữu. Phương pháp tính toán dựa theo các thông số cơ bản: tổng lượng phân gia súc hàng ngày; thời gian lưu nhỏ nhất của bùn lỏng trong hầm phân hủy; tỷ lệ pha loãng của phân với nước (nồng độ TS). Trong thiết kế hầm Biogas VACVINA cải tiến, thể tích thực tế bắt nguồn theo công thức sau: V = V gas + V dig (1) Trong đó: V gas : là thể tích khí trong hầm phân hủy; V dig : lượng bùn lỏng trong hầm phân hủy Và V dig = T x V dm (2) Trong đó: T : thời gian lưu của bùn lỏng trong hầm phân hủy (thường từ 40 – 50 ngày) V dm : số lượng nước và phân cho vào hằng ngày (lit/ngày) Và V ck = h 1 S Trong đó: S : diện tích tấm đáy của hầm phân hủy. h1 : khoảng cách giữa mặt dưới đỉnh tới bề mặt của bùn lỏng trong hầm phân hủy (m). Khi sử dụng phân lợn là nguyên liệu chủ yếu thì V dm có thể được tính như sau: V dm = (w + nL)T (3) Trong đó: w: lượng nước dùng để hòa tan phân của n con lợn (l). L: lượng phân trung bình của một con lợn trong ngày (l) Tỷ lệ hòa tan tối ưu của nguyên liệu đầu vào là 1 : 5 (một phần nguyên liệu: 5 phần nước) Thay w = 5nL, từ phương trình (1), (2), (3) ta có: V= V ck + (5nL + nL)T = V ck + 6nLT Như vậy công thức tính thể tích hầm biogas dùng cho nông hộ nuôi heo như sau: V = V ck + 6nLT (4) Trong đó: n: số lượng heo (con) L: lượng phân trung bình của mỗi con/ngày (2l/con/ngày) T: thời gian lưu trong hầm (ngày) Với thời gian lưu T = 40 ngày, chúng ta có: V = V ck + 240nL 1.2 Vật liệu xây dựng: Một số vật liệu cần thiết để xây dựng hầm biogas VACVINA 7m3 được liệt kê theo bảng sau: Vật liệu Đơn vị tính Số lượng 1 Gạch đặc tiêu chuẩn Viên 1400 2 Xi măng kg 600 3 Cát vàng thô M3 1,5 4 Sỏi M3 0,5 5 Sắt thanh (φ8) kg 30 6 Đầu nối kẽm cái 1 7 Ống PVC (φ21) m 4 8 Van, đầu nối Cái 15 9 Ống chất dẻo (φ21) m 15 10 Ống PVC (φ110) m 1 [...]... 14 Keo dán, cao su non 15 Cuốc, xẻng, dao, bay và các dụng cụ thợ nề khác… II Kỹ thuật thi công hầm phân hủy: Theo trình tự sau: 1.2 Dùng vải bạt che trên vị trí xây dựng Nếu hầm được lắp ghép bên ngoài chuồng nuôi, công việc đầu tiên là dùng một tấm bạt che lên trên khu vực xây dựng Điều này làm giảm thiểu thời gian xây dựng vì loại trừ yếu tố thời tiết xấu, điều này sẽ bảo đảm chất lượng công việc... Đào hố: Lựa chọn địa điểm xây dựng: Vị trí được lựa chọn để xây dựng được xác định trong phạm vi nông hộ Với bề mặt hầm phẳng, vị trí thích hợp nhất là gần hay dưới chuồng lợn hay gia súc Hình dạng của hầm phân hủy có thể không nhất thiết phải hình chữ nhật mà có thể được thiết kế phù hợp với cách bố trí và địa hình xây dựng - Đào hố: Sau khi đã cẩn thận lựa chọn vị trí xây dựng, chúng ta bắt đầu đào... hoàn chỉnh việc xây dựng và lắp đặt, công việc còn lại là san lấp mặt bằng Cát là vật liệu hiệu quả nhất, chú ý tới những chỗ xung quanh tường ngoài của hầm phân huỷ Cát nên phun đẫm nước để hiệu quả lèn chặt tốt hơn Chương III Hoạt động và bảo trì hầm biogas VACVINA I Cho chất phân huỷ (nguyên liệu) vào hầm Trước khi hầm biogas hoạt động, phải cho chất phân huỷ vào Các chất phân huỷ vào hầm phải được... hầm biogas VACVINA cải tiến với nhiều ống siphon đầu vào, nhà tiêu có thể xây dựng cùng lúc với hầm biogas Nước sử dụng để dội cầu cần phải được tính toán với tổng thể tỷ lệ nước : phân như đã đề cập ở trên Ống siphon của nhà tiêu cũng được kiểm tra thường xuyên để bảo đảm chúng luôn trong tình trạng chứa nước ngăn ngừa khí thoát ra ngoài II Bảo dưỡng hệ thống và các vấn đề phát sinh: 2.1 Sử dụng biogas. .. nước 2.4 Xây thành hầm phân hủy: Các bức tường được xây dựng khi đã hoàn thành nền (chiều dày của gạch cộng với lớp vữa) Gạch được sử dụng là gạch đặc Vữa hồ tạo thành bởi 1 phần xi măng và 4 phần cát thô Không có mối hở giữa các viên gạch Lưu ý: trong quá trình xây dựng thành hầm, có chừa chỗ trống để lắp đặt đầu vào và đầu ra (như Fig 14) - Lỗ của vào có đường kính 30cm, bắt đầu từ trên nóc hầm Nó... định vị trí và gắn các đầu bằng vữa Bể trộn được xây dựng sát hầm, nó có chức năng tập trung và trộn lẫn các nguyên liệu với nhau trước khi đổ vào hầm phân huỷ Nó có thể được phủ lưới lên trên ngăn không cho gạch vụn, đá rơi vào hầm phân huỷ Lưu ý: Ống siphon phải được lắp đặt sau khi hoàn thành hầm phân huỷ, không được đặt trước hay trong quá trình xây nắp hầm phân huỷ 3.2 Hệ thống thải và hoàn lưu bùn... phải cao hơn mực nước, sẽ là cần thiết nếu đào một mương thoát nước Nước sẽ được tập trung trong mương và được bơm ra liên tục trong quá trình thi công 2.3 Xây dựng nền của hầm phân hủy Sau khi đã hoàn tất quá trình đào hố, chúng ta tiến hành xây nền cho hầm theo các bước sau: - Chuẩn bị một lớp dày khoảng 15cm nén chặt bằng gạch vụn hay đá nghiền (4x6cm) làm nền - Đổ trên nền một lớp 5cm hỗn hợp bê... làm láng bằng xi măng tinh Lưu ý: Bề mặt đỉnh của các bức tường (khoảng 5cm) không nhất thiết phải trát xi măng vì nó sẽ được trát một lần nữa khi lắp đặt phần nắp của hầm phân huỷ Một lớp vữa cuối cùng sẽ kết nối hoàn chỉnh giữa nắp hầm và các bức tường bằng bo tròn các góc đảm bảo khí gas không thoát ra được 2.6 Thi công nắp hầm bằng lớp bê tông cốt thép: Sau khi tô vữa và làm láng các bức tường, công. .. trên nắp hầm phân huỷ 3.1 Hệ thống ống dẫn vào (hệ thống nạp liệu) Hệ thống nạp liệu của hầm bao gồm bể trộn nối với một hay nhiều ống siphon (đầu nối hình đuôi mèo ) Bể trộn thường được đặt gần hầm phân huỷ, ở góc chuồng nuôi Kích thước tiêu chuẩn của bể trộn là: dài x rộng x sâu = 0,2 x 0,4 x 0,3 (m) Số lượng ống sipon tuỳ thuộc vào kích thước của hầm phân hủy, thông thường có 2 tới 3 ống mỗi hầm Nhà... là làm trần (nắp hầm) Vì lớp trần hầm có thể được sử dụng làm chuồng lợn, chuồng gia súc hay nhà xí nên nó phải đạt độ dày tối thiểu 10cm, bằng phẳng và kiên cố Quy trình này cũng giống như đổ bê tông trần nhà, tuân thủ các bước sau: a Chuẩn bị giàn giáo chắc chắn để đỡ trần, sử dụng giàn giáo gỗ trong xây dựng dân dụng b Chừa lỗ thông (lỗ kỹ thuật) cho người vào trong mà không làm gián đoạn quá trình . Biogas technology Instructions for the construction of improved VACVINA biogas plants Dự án hướng dẫn công nghệ xây dựng hầm biogas VACVINA cải tiến. HƯỚNG DẪN THI CÔNG HẦM BIOGAS VACVINA CẢI TIẾN Mục tiêu: Người tham gia được trang bị kiến thức thực hành, các yêu cầu kỹ thuật của việc xây dựng hầm