I- Khái niệm chung và quá trình phát triển:
Khí sinh vật được phát hiện vào cuối thế kỷ 18. Nguồn gốc của nó là sản phẩm phân hủy kỵ khí của các chất hữu cơ giàu carbon trong các đầm lầy, ruộng lúa ngập nước hay các ao hồ, cống rãnh và các bãi rác phế thải của các thành phố...
Lần đầu tiên ý tưởng đề xuất việc thu hồi khí Mêtan CH4 bằng quá trình phân hủy kỵ khí vào năm 1930 tại Bombay Ấn Độ.
Đến nay việc ứng dụng khí sinh vật được phát triển rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Do khí sinh vật là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp trong đó Metan là thành phần chủ yếu chiếm khoảng 60 - 70% phần còn lại chủ yếu là CO2 thường dao động từ 35 – 40%. Ngoài ra còn một phần rất nhỏ các hỗn hợp khí khác như H2S, H2, O2, N2...
Những năm gần đây do nhu cầu bức xúc về giải quyết xử lý nguồn ô nhiễm môi trường trong chăn nuôi ở nước ta nói chung và tỉnh Đồng Nai nói riêng. Phong trào xử lý chất thải trong chăn nuôi nhằm bảo vệ môi trường và tận thu khí đốt được quan tâm chú ý.
Sau nhiều năm nghiên cứu và ứng dụng các loại hầm khí sinh vật tỉnh Đồng Nai đã phát triển trên 10.000 hầm ủ, túi ủ và các hệ thống xử lý chất thải tham gia vào công tác bảo vệ môi trường và góp phần tận thu năng lượng trong điều kiện hiện nay.
II. Một hệ thống năng lượng khép kín gồm:
Hệ thống mương dẫn từ các nguồn thải đổ về bể phân hủy kỵ khí tùy theo lượng chất thải cần xử lý, chu kỳ phân hủy thường lựa chọn từ 20 - 30 ngày trong điều kiện thời tiết thuận lợi và môi trường ổn định nhằm phát huy sự hoạt động hữu hiệu của vi sinh vật trong hệ thống, khí CH4 (Metan) được tận thu tham gia vào sử dụng làm năng lượng (nấu nướng, sưởi ấm, chạy máy nổ hay thắp sáng trực tiếp qua đèn măng xông). Chất thải xử lý sau biogas sẽ chuyển sang pha 2 (giai đoạn sục khí tăng cường oxy nhằm giảm BOD, COD và lắng các chất thải hữu cơ đã phân hủy làm sạch cơ bản nguồn thải.
Giai đoạn cuối là hồ hoàn thiện (hồ sinh học) tiếp theo lọc qua các bể lọc than, cát, sỏi... Nếu có nhu cầu xử lý cao phải bổ sung Clo khử trùng trước khi thải vào nguồn chung.
III- Các loại hầm khí sinh vật được áp dụng
1. Loại hầm ủ nắp cố định, có vòm đúc.
Loại hầm nắp cố định được xây bằng gạch có vòm chứa gas đúc liền với bể chứa dịch phân, thể tích bể chiếm 75% dung tích thiết kế, vòm chứa gas chiếm 25% thể tích thiết kế, phần bể điều áp chiếm 25 - 30% thể tích tùy nhu cầu gas cần khai thác.
Loại bể này kích thước tùy theo nhu cầu xử lý của hộ chăn nuôi (tùy số lượng đàn heo mà thiết kế thể tích bể chứa cho phù hợp để xử lý) cấu tạo của bể thường hình trụ tròn, vòm chứa gas hình chóp cụt, bể điều áp hình chữ nhật hay tròn, vuông tùy địa hình, tại Đồng Nai và các vùng lân cận thường ứng dụng loại bể 5m3, 10m3, 20m3 – 30m3.
Các loại bể lớn xây hình hộp có kích thước 50m3, 200m3 phục vụ cho các trại chăn nuôi và lò mổ có nhu cầu xử lý lớn, xây chìm trong lòng đất nên độ bền cao, nước thải tự chạy vào hầm chứa ít tốn diện tích, có thể sử dụng mặt bằng để chăn nuôi trên nóc bể, giữ nhiệt độ cao vào mùa lạnh và mùa mưa, thích hợp cho vi sinh vật phát triển, áp lực gas mạnh, có thể dẫn đi xa (300m) nấu nhanh, sử dụng cho thắp sáng tốt.
Nhược điểm: đào đất nhiều, vùng thấp trũng phải bơm nước khi thi công.
Kết quả triển khai tại Đồng Nai và phụ cận trên 1.000 bể từ 50 – 200m3.
2. Loại hầm ủ nắp vòm cầu do chương trình phát triển khí sinh học quốc gia phổ biến.
Hầm ủ nắp cố định vòm cầu được xây bằng gạch đinh gồm bể chứa dịch phân hủy liền với vòm chứa gas theo nguyên tắc bể điều áp giống loại hầm cố định của Đồng Nai tuy nhiên phần vòm được xây bằng gạch cuốn tô trát 2 lớp vữa mác 75 và xử lý 3 lớp chống thấm, phần nắp đậy rời, bề điều áp hình bán cầu hoặc hình vuông tùy địa hình, thể tích chung của các bể từ 5m3, 10m3 gần đây có phổ biến loại 20m3. Đặc điểm hầm xây dựng nhanh không phải đúc đỡ tốn sắt thép và cốt pha. Tuy nhiên đòi hỏi thợ xây phải có kỹ thuật cao, đối với vùng nước ngập khó thi công, những nơi cần chăn nuôi và tận dụng mặt bằng trên mặt hầm khó áp dụng. Các loại bể quy mô lớn thuộc các trang trại từ 50m3 trở lên khó áp dụng.
Tại Đồng Nai số lượng hầm ủ loại này đã xây dựng trên 3.000 bể.
Đối tượng: các hộ chăn nuôi ít đất rộng phù hợp cho vùng nông thôn ngoại thành. Hệ thống gồm mương dẫn nước thải từ các nguồn thải tự chảy vào túi phân hủy hình sống gồm 3 lớp túi nhựa dẻo polyetylen dày 0,3 – 0,5mm đường kính 1m, dài 8 – 12m tùy lượng phân, chất thải và nhu cầu xử lý. Chu kỳ phân hủy thường chọn (T) = 30 ngày trong điều kiện nhiệt độ trung bình 25 – 35 độ C. Vi sinh vật lên men có sẵn từ các loại phân gia súc trong điều kiện kỵ khí (không có không khí).
Lượng khí Metan đươc sinh ra sau quá trình lên men chiếm 50 - 70%
Được khai thác tận thu làm chất đốt, chất thải giảm mùi từ 70 - 80% có thể pha loãng hay sục khí tiếp theo dùng cho tưới cây hoặc nuôi cá.
Túi chứa khí gồm 2 ống hình trụ dài 3,5 – 4m lồng vào nhau được cột chắc theo hướng dẫn của kỹ thuật viên, đảm bảo khí kín tuyệt đối, đường ống dẫn gas đến 2 bếp, có hệ thống thoát nước đọng và chống tăng áp đột ngột (Đồng Nai đã lắp đặt trên 7.000 túi các loại).
Các túi ủ lắp đặt nhanh, giá rẻ thời gian thu hồi vốn nhanh dưới 1 năm.
4. Các hệ thống xử lý khép kín theo yêu cầu của Sở Tài nguyên và Môi trường.
Để nâng cao hiệu quả xử lý chất thải hữu cơ tại Đồng Nai các hệ thống xử lý chất thải tại Đồng Nai đều được thẩm định kèm theo báo cáo đánh giá tác động môi trường hoặc đăng ký đạt tiêu chuẩn môi trường tùy theo từng vùng nhạy cảm hay vùng sản xuất nông nghiệp mà cơ quan quản lý cho phép như nguồn thải phải xử lý đạt loại A hay B: TCVN (tiêu chuẩn Việt Nam)..
Một hệ thống xử lý ứng dụng cho lò giết mổ súc sản hay trại chăn nuôi hoặc xử lý chất thải sinh hoạt của những doanh nghiệp có từ 1.000 đến 10.000 công nhân trong các khu công nghiệp .
5. Thuyết minh quy trình xử lý khép kín nguồn nước thải chăn nuôi, lò mổ gia súc.
Các loại nước thải gồm có phân và chất thải rắn sau khi đi qua hệ thống thu gom (1) chạy vào mương dẫn (2), đến bể lắng sơ bộ được tập trung vào bể trung hòa (3) bể này có chức năng điều hòa lưu lượng, thành phần chất thải ô nhiễm và giữ PH ổn định.
Nguồn nước thải sau khi vào bể trung hòa có thể đưa vào thiết bị lọc thùng quay (4) để tách rác cặn (một số nơi chỉ qua song chắn rác để lọc sơ bộ).
Quá trình xử lý chính là hệ thống lên men kỵ khí (bể biogas (5). Trong bể biogas nước thải được dẫn ngầm tạo chuyển động xoáy trộn (từ ½ bể xuống gần đáy hoặc đi từ dưới lên càng tốt). Trong quá trình này các chất hữu cơ sẽ được khuấy trộn nhờ đó vi sinh vật kỵ khí phân hủy thành CO2 và nước cùng môt số khí CH4 (Mêtan) HN3, H2S...
Bùn sinh ra từ quá trình lên men cùng với tạp chất lơ lững lắng xuống đáy bể được hút ra và chế biến phân bón có thể ép bùn đưa vào bãi chôn lấp (quá trình xử lý đạt hiệu quả cao ở giai đoạn này).
Nước thải sau khi qua hệ thống biogas chảy tràn qua hệ thống xử lý hiếu khí (6) tại đây các vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng các chất hữu cơ để sống và sinh trưởng (tăng sinh khối). Để có hệ thống làm việc tốt cần trang bị máy thổi khí để cung cấp oxy cho quá trình sinh học xảy ra nhanh chóng.
Nguồn nước thải và bùn hoạt tính sau xử lý hiếu khí sẽ chuyển sang bể lắng (7) để tách bùn hoạt tính đưa đến nơi chứa hoặc ép và chuyển về bãi rác tập trung. Một phần nước thải được ép, tách ra cần đưa trở lại xử lý tiếp theo.
Nguồn nước trong từ bể lắng (7) tiếp tục đưa vào hồ sinh học trước khi đưa ra môi trường để đạt tiêu chuẩn quy định cần phải khử trùng bằng Clo trong thiết bị trộn (9). Dung dịch Clo từ thùng chứa cao vị điều chỉnh liều lượng xác định và khuấy trộn với nước dẫn ra theo hệ thống trộn. Nước dẫn ra được kiểm tra tại đây trước khi đổ vào sông suối.
Kết luận:
Do tình hình thực tế hiện nay tại Việt Nam, qua kết quả triển khai các loại hình về xử lý biogas tại địa phương và phối hợp các tỉnh khác, chúng tôi có một vài nhận định như sau:
1. Sử dụng các mô hình hầm biogas tham gia vào việc xử lý chất thải đã đem lại hiệu quả kinh tế cho cơ sở rất lớn.
2. Hệ thống vừa đóng vai trò giải quyết các khâu ô nhiễm về mùi hôi, ô nhiễm nguồn nước tốt vừa mang lại hiệu quả sử dụng khí đốt phục vụ cho sinh hoạt gia đình và cơ sở sản xuất có nguồn phát thải.
3. Gián tiếp làm hạn chế nguồn Mêtan phát thải vào khí gây ô nhiễm môi trường và gián tiếp bảo vệ rừng thay thế chất đốt trong nhân dân.