Giới thiệu về 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 15 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) 1. 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 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): 3. Một số thuật ngữ theo tiêu chuẩn ngành • Công trình KSH • Bể phân giải • Bể điều áp • Dịch phân giải • Phụ phẩm KSH 38 Tóm tắt bài 1 (tiếp theo): 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, an toàn. 39 Tóm tắt bài 1 (tiếp theo): 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 nhờnchảy 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 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 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