Tại Việt Nam, với ngành chăn nuôi phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng công nghệ biogas trong xử lý nước thải chăn nuôi không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại nguồn năng lượng sạch. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu công nghệ biogas là gì, nguyên lý hoạt động, thành phần chính, ưu điểm, nhược điểm và cách nó được ứng dụng.
Công nghệ biogas là gì?
Khái niệm
Công nghệ biogas là quá trình sản xuất khí sinh học (biogas) thông qua sự phân hủy các chất thải hữu cơ trong môi trường yếm khí (không có oxy) nhờ hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí. Quá trình này tạo ra một hỗn hợp khí chủ yếu gồm metan (CH4) và cacbonic (CO2), trong đó metan chiếm khoảng 50-60%, là thành phần có khả năng bắt lửa và sử dụng làm nhiên liệu đốt thay thế gas, dầu diesel, củi, hoặc chuyển hóa thành điện năng phục vụ sinh hoạt và sản xuất.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động công nghệ biogas dựa trên quá trình phân hủy sinh học các chất thải hữu cơ trong môi trường yếm khí (thiếu oxy) nhờ hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí. Cụ thể như sau:
Nạp nguyên liệu
Chất thải hữu cơ như phân động vật, nước thải chăn nuôi được đưa vào bể phân giải thông qua cửa nạp nguyên liệu. Nguyên liệu được nạp đến mức ngập mép dưới cửa nạp, tạo điều kiện áp suất ban đầu trong bể bằng 0.
Phân hủy yếm khí
Trong hầm biogas, các vi sinh vật kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp (xenlulozơ, tinh bột, protein, axit béo…) thành các chất hòa tan và khí. Quá trình này diễn ra qua nhiều giai đoạn, gồm acid hóa xenlulozơ thành acid acetic và muối, sau đó lên men muối hữu cơ tạo khí metan (CH4) và cacbonic (CO2). Ngoài ra, còn có sự tổng hợp metan từ CO2 và hydro (H2) trong một số trường hợp.
Tích tụ và tạo áp suất khí
Khí sinh ra tích tụ trong ngăn chứa khí của bể, tạo áp suất đẩy dịch phân giải (chất lỏng chứa chất thải phân hủy) dâng lên qua cửa nạp nguyên liệu và cửa xả. Sự chênh lệch áp suất giữa ngăn chứa khí và cửa nạp nguyên liệu tạo lực đẩy khí đi qua ống thu khí và đường ống dẫn đến nơi sử dụng.
Thu khí và sử dụng
Khí biogas thu được chứa khoảng 60% metan, có thể dùng làm nhiên liệu đun nấu, thắp sáng, chạy máy phát điện, hoặc các ứng dụng khác. Khi khí được sử dụng hết, áp suất trong ngăn chứa khí giảm về 0, hệ thống trở về trạng thái ban đầu, sẵn sàng cho chu kỳ tiếp theo.
Xả bã thải
Phần bã thải và dịch phân giải dư thừa được đẩy ra ngoài qua cửa xả khi áp suất khí tăng, có thể được sử dụng làm phân bón hữu cơ.
Thành phần chính của khí biogas
Khí biogas là hỗn hợp các loại khí, với thành phần chính bao gồm:
- Metan (CH4): Chiếm khoảng 50% đến 70% trong hỗn hợp khí biogas, là thành phần quan trọng nhất tạo ra khả năng cháy và cung cấp năng lượng cho khí biogas.
- Khí cacbonic (CO2): Chiếm khoảng 15% đến 40%, là khí không cháy, làm ổn định hỗn hợp khí nhưng không tạo năng lượng.
- Các khí khác: Bao gồm hơi nước (H2O), nitơ (N2) từ 0–10%, oxy (O2) từ 0–2.5%, hydro (H2) dưới 1%, và hiđro sunfua (H2S) dưới 1% (thường khoảng 0–0.5%). Hiđro sunfua có mùi hăng khó chịu và độc, cần được loại bỏ trước khi sử dụng khí.
Tỷ lệ phần trăm chính xác của các thành phần này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại nguyên liệu đầu vào, thời gian lưu khí, nhiệt độ và điều kiện hoạt động trong bể phản ứng kỵ khí.
Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ biogas
Ứng dụng công nghệ biogas mang lại một số ưu điểm và hạn chế nhất định:
Ưu điểm
- Kinh tế: Giúp giảm chi phí xử lý chất thải và tiết kiệm tiền mua gas hoặc điện dùng trong sinh hoạt và sản xuất.
- Năng lượng: Cung cấp nguồn năng lượng sạch, có thể dùng để đun nấu, thắp sáng, chạy động cơ đốt trong, sưởi ấm chuồng trại, nuôi tằm, trồng nấm, nuôi thủy sản….
- Nông nghiệp: Phần bã thải và nước thải sau xử lý có thể dùng làm phân bón hữu cơ, giúp tăng năng suất cây trồng, hạn chế sâu bệnh, nâng cao độ phì nhiêu cho đất, đồng thời xử lý hạt giống, nuôi thủy sản, trồng nấm….
- Môi trường: Giảm mùi hôi thối từ phân động vật, hạn chế ô nhiễm không khí và nguồn nước, góp phần làm cho môi trường chăn nuôi sạch sẽ, giảm phát thải khí nhà kính (CH4, CO2), giảm phá rừng do hạn chế khai thác củi làm nhiên liệu.
- Phòng chống dịch bệnh: Quá trình phân hủy yếm khí tiêu diệt trứng giun, sán, mầm bệnh trong chất thải, giúp bảo vệ sức khỏe vật nuôi và con người.
Nhược điểm
- Chi phí đầu tư ban đầu cao: Xây dựng hầm, đặc biệt loại composite hiện đại, cần vốn lớn.
- Khả năng sinh khí chưa tối ưu: Quá trình lên men kỵ khí chậm, nhiều hộ chưa tận dụng hết lượng khí sinh ra.
- Khó tận dụng bã thải: Bã thải chưa được dùng làm phân bón hiệu quả, gây lãng phí.
- Vận hành và bảo dưỡng kém: Hầm dễ hư hỏng, rò rỉ khí nếu không xây đúng kỹ thuật hoặc bảo trì kém.
- Nguy cơ ô nhiễm nếu dùng sai cách: Hầm quá tải, khí dư không sử dụng gây ô nhiễm và lãng phí.
Ứng dụng công nghệ biogas vào xử lý nước thải chăn nuôi
Tại Việt Nam, công nghệ biogas đã được áp dụng rộng rãi ở các tỉnh như Đồng Nai, Bình Phước, Hà Tĩnh, nơi có ngành chăn nuôi phát triển mạnh. Các chương trình hỗ trợ từ chính phủ và tổ chức quốc tế đã giúp nhiều hộ chăn nuôi nhỏ lẻ xây dựng hầm biogas đơn giản, chi phí thấp. Đối với các trang trại lớn, hệ thống biogas công nghiệp được đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý nước thải lớn, đồng thời sản xuất điện phục vụ hoạt động sản xuất.
Tùy vào quy mô chăn nuôi, người dùng có thể lựa chọn mô hình công nghệ biogas phù hợp nhằm tối ưu hiệu quả xử lý chất thải và tận dụng tối đa nguồn năng lượng tái tạo từ khí biogas.
- Đối với quy mô hộ gia đình: Hộ gia đình nuôi ít vật nuôi có thể dùng hầm biogas composite hoặc xây gạch truyền thống. Mô hình này chi phí thấp, dễ vận hành, tạo đủ khí đốt cho sinh hoạt. Tuy nhiên, khả năng xử lý và sinh khí hạn chế, không phù hợp khi tăng quy mô.
- Đối với cơ sở chăn nuôi nhỏ: Các cơ sở nhỏ nên dùng hầm composite lớn hoặc hầm xây có ngăn lắng bùn. Mô hình xử lý tốt chất thải và cung cấp đủ khí biogas. Nên kết hợp thêm bể lắng, lọc để đảm bảo nước thải đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường.
- Đối với cơ sở chăn nuôi vừa và lớn: Trang trại quy mô lớn cần hệ thống biogas công nghiệp kết hợp hệ thống xử lý nước thải hiện đại như bể UASB, lọc sinh học.
Lưu ý quan trọng khi sử dụng công nghệ biogas
- Không nên áp dụng cùng một loại hầm biogas cho mọi quy mô. Hộ gia đình nên dùng hầm nhỏ (composite, xây gạch), trong khi trang trại lớn cần hệ thống biogas công nghiệp.
- Hầm biogas phải được thiết kế và thi công đúng kỹ thuật để tránh rò rỉ khí gây thất thoát năng lượng và nguy cơ cháy nổ.
- Khí metan trong biogas dễ bắt lửa. Cần đặt hệ thống sử dụng khí (bếp, đèn, máy phát) ở nơi thông thoáng, tránh xa nguồn lửa và kiểm tra thường xuyên.
- Cần kiểm tra các bộ phận như ống dẫn khí, van, bể chứa định kỳ để phát hiện sự cố sớm và xử lý kịp thời.
- Dù đã xử lý tốt, nước thải sau biogas vẫn nên qua thêm các công đoạn như lắng, lọc, khử mùi bằng men vi sinh hoặc ao sinh học để đạt chuẩn xả thải và bảo vệ môi trường.
Mua men vi sinh khử mùi hôi của hầm biogas ở đâu?
Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp khử mùi hôi hiệu quả cho hầm biogas, Thiết bị ngành nước Song Phụng là địa chỉ đáng tin cậy tại Việt Nam. Đơn vị chuyên cung cấp men vi sinh khử mùi cho các ngành chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, ứng dụng hiệu quả trong xử lý mùi hôi từ hệ thống biogas, chuồng trại, hố ga, bãi rác…
Vì sao nên chọn Thiết bị ngành nước Song Phụng?
- Chỉ cung cấp men vi sinh chất lượng cao, có kiểm nghiệm thực tế tại nhiều trang trại và cơ sở xử lý nước thải.
- Đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm sẵn sàng hướng dẫn cách sử dụng men vi sinh hiệu quả theo từng quy mô: hộ gia đình, trang trại nhỏ, vừa, lớn.
- Song Phụng không chỉ bán men vi sinh mà còn thiết kế – thi công trọn gói hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, dân dụng, nông nghiệp…
- Cung cấp đầy đủ vật tư và vật liệu lọc từ than hoạt tính, cát thạch anh, hạt nâng pH đến màng lọc RO, UV – tất cả đều có tại Song Phụng, giúp bạn dễ dàng xây dựng hệ thống lọc nước đạt chuẩn.
Công nghệ biogas là giải pháp toàn diện giúp xử lý nước thải chăn nuôi hiệu quả và tạo ra năng lượng tái tạo. Nó mang lại lợi ích về môi trường, kinh tế và xã hội, được ứng dụng ngày càng rộng rãi tại Việt Nam. Để phát huy hiệu quả, cần đầu tư đúng mức, nâng cao nhận thức và cải tiến công nghệ. Nếu bạn cần một giải pháp bền vững cho trang trại, công nghệ biogas là lựa chọn lý tưởng.