Giới thiệu về khí sinh học và kỹ thuật xây dựng công trình khí sinh học có nắp cố định qui mô nhỏ

Khí sinh học đã và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới, và ở Việt Nam. Các công trình khí sinh học là phù hợp cho những vùng nông thôn, nơi áp dụng phương thức VAC, hoặc những trang trại chăn nuôi, với nguồn nguyên liệu đầu vào cho công trình khí sinh học là sẵn có. Điều này mang lại những lợi ích về kinh tế, năng lượng và thân thiện môi trường, hướng đến phát triển bền vững.

20686414_images1289195_biogas-da-sua

Khí sinh học và đặc tính

Khí sinh học (biogas) được sinh ra từ quá trình phân hủy kỵ khí từ các vật chất hữu cơ đầu vào. Sự phân hủy kỵ khí là quá trình mà trong đó các vi sinh vật phân hủy vật chất hữu cơ không có sự hiện hữu của oxy. Sản phẩm tạo thành là một hỗn hợp khí sinh học, bao gồm chủ yếu là những hợp chất sau:

Hợp chất Đặc tính, phần trăm trong hỗn hợp khí sinh học
Metan (CH4) 50 ÷ 65% (thể tích)
Cacbon dioxit (CO2) 35 ÷ 50% (thể tích)
Độ ẩm 30 ÷ 160 g/m3
Hydro sunfua (H2S) 5 g/m3

Khí sinh học được sinh ra là một khí không màu, không mùi, và dễ cháy vốn có lượng năng lượng khoảng 37,3 MJ/m3. Phần trăm của metan, CO2 khác nhau phụ thuộc vào nguyên liệu đầu vào và tính chất hoàn tất của quá trình. Sinh khối được sử dụng trong quá trình này có lượng độ ẩm cao, chẳng hạn như phân động vật, các sản phẩm phụ từ thu hoạch vụ mùa, và chất thải hữu cơ từ hộ gia đình và công nghiệp.

Cách nạp nguyên liệu

1. Nạp từng mẻ

Toàn bộ nguyên liệu được nạp vào thiết bị một lần. Mẻ nguyên liệu này được phân hủy dần và sinh ra khí để sử dụng. Sau một thời gian, đủ để nguyên liệu phân hủy gần hết, toàn bộ phần nguyên liệu còn lại, cùng bã thải được lấy đi và thay vào một mẻ nguyên liệu mới.

Những nguyên liệu thực vật thường được nạp theo cách này, do thời gian phân hủy dài. Mỗi mẻ kéo dài từ 3 – 6 tháng.

2. Nạp liên tục

Nguyên liệu được nạp đầy lúc mới đưa thiết bị vào hoạt động. Sau đó, nguyên liệu được bổ sung thường xuyên khi có một phần nguyên liệu đã phân hủy được lấy đi để nhường chỗ cho phần nguyên liệu mới nạp vào. Phù hợp với điều kiện nguyên liệu không sẵn có ngay một lúc, mà được thu gom hàng ngày như phân người, và phân súc vật.

3. Nạp bán liên tục

Trên thực tế, đôi khi áp dụng cả 2 cách. Nguyên liệu thực vật được nạp từng mẻ, phân người và phân súc vật được nạp liên tục hàng ngày.

Quá trình phân hủy kỵ khí để sản xuất khí sinh học là một công nghệ có thể ứng dụng rộng rãi; tuy nhiên, vẫn có những ưu điểm, và nhược điểm cần lưu ý.

Những ưu điểm

– Khí sinh học được sinh ra có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn, sưởi ấm, chiếu sáng, và sản xuất điện năng.

– Thiết bị khí sinh học là đáng tin cậy về mặt kỹ thuật và công nghệ này đã được cải tiến đáng kể.

– Là một phương pháp để xử lý chất thải hữu cơ từ công nghiệp và hộ gia đình theo cách thức thân thiện môi trường, nơi mà các phần dư thừa được tái sử dụng trong những nông trại như là phân bón với phẩm chất tốt.

– Vật chất hữu cơ được biến đổi ở mức cao với sự gia tăng không đáng kể trong sinh khối vi khuẩn.

– Giảm thiểu biến đổi khí hậu bằng việc ngăn ngừa khí metan và các khí nhà kính khác được phóng thích vào khí quyển.

– Giảm thiểu ô nhiễm nước.

– Có thể thực hiện được về mặt kinh tế khi có sẵn nguồn cung cấp thường xuyên của phân động vật và chất thải hữu cơ.

– Yêu cầu một khu vực nhỏ so với sự thải bỏ chất thải rắn đô thị (chẳng hạn, thải bỏ chất thải trong những bãi chôn lấp rác).

– Cải thiện các điều kiện vệ sinh.

– Giảm thiểu sự khó chịu gây ra bởi mùi từ phân tươi.

– Bùn còn lại có thể được ứng dụng như phân bón.

Những nhược điểm

– Việc xây dựng các công trình khí sinh học là tốn kém vì phải được xây dựng với những tiêu chuẩn cao về kết cấu để tránh rạn nứt, rò rỉ, và ăn mòn.

– Sự vận chuyển sinh khối cũng tốn kém, đặc biệt là với những nhà máy khí sinh học quy mô lớn và góp phần đáng kể vào tổng chi phí của năng lượng được sinh ra từ sinh khối.

– Các tạp chất ăn mòn và khả năng tỏa nhiệt thấp, so với khí thiên nhiên.

– Dòng ra của khí sinh học chứa một lượng nhỏ CO2, hơi  nước, và H2S. Điều này là giảm hiệu năng và có liên quan đến lợi ích kinh tế.

– Tiềm năng giảm bớt chi phí của khí sinh học là thấp.

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Quang Khải. Công nghệ khí sinh học. 2002.

2. Department of Environment, Technology and Social Studies. The development of Biogas technology in Denmark: Achievements & Obstacles.

Nguyễn Đỗ Quốc Thống

Khoa Sức khỏe môi trường