BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH


KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

TIỂU LUẬN
Đề tài:

“BIOGAS DẠNG HẦM Ủ”

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
MSSV:

Lớp:

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2014

ThS. HỒNG TRÍ
NGUYỄN THANH YÊN
11243059
112430A


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế khơng có sự thành cơng nào mà không gắn liền với những sự hỗ trợ,
giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong suốt thời gian
từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm, giúp đỡ của q Thầy Cơ, gia đình và bạn bè.
Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cơ ở Khoa Cơ Khí Chế Tạo

Máy đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho
chúng em trong suốt thời gian đang học tập tại trường. Và đặc biệt, trong học kỳ này,
Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận với môn học mà theo em là rất hữu ích đối
với sinh viên ngành Cơng Nghệ Chế Tạo Máy cũng như tất cả các sinh viên thuộc các
chun ngành Khoa Học Kĩ Thuật khác. Đó là mơn học “Năng Lượng Và Quản Lý Năng
Lượng”.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Trí đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng
buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo
trong nghiên cứu khoa học. Nếu khơng có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy thì
em nghĩ bài thu hoạch này của em rất khó có thể hồn thiện được. Một lần nữa, em xin
chân thành cảm ơn thầy.
Bài thu hoạch được thực hiện trong khoảng thời gian gần 1 tuần. Bước đầu đi vào
thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em còn
hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc
chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy và các
bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hồn thiện hơn.
Tuy đã có rất nhiều cố gắng nhưng chắc chắn tiểu luận của em có rất nhiều thiếu
sót. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy và các bạn sinh viên
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh Viên Thực Hiện
Nguyễn Thanh Yên

1


TÓM TẮT TIỂU LUẬN
TÊN ĐỀTÀI
“Biogas dạng hầm ủ”
Vấn đề đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng phục vụ cho nhu cầu phát triển

kinh tế và nhu cầu dân sinh đã trở thành mối quan tâm hàng ưu tiên của hầu hết các quốc
gia trên thế giới. Vấn đề này càng thêm nóng bỏng khi các nguồn năng lượng hóa thạch
ngày càng cạn kiệt dần với sự khai thác quá mức của con người.
Con người đã và đang tìm nhiều nguồn năng lượng thay thế nhằm đáp ứng nhu cầu
trong tương lai của mình. Trong đó năng lượng sinh khối là dạng năng lượng sạch được
nước ta chú ý phát triển từ lâu có đang trên đà phát triển thêm. Mà trong đó Biogas được
áp khá rộng rãi ở các trang trại chăn nuôi, tận dụng nguồn phân thải ra của vật ni tạo ra
khí biogas để chạy máy phát điện và nhiều công dụng khác.
Năng lượng là một trong những yếu tố thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của xã
hội. Trong nhiều thập kỉ qua việc tiêu thụ năng lượng trên thế giới tang lên cùng phát triển
kinh tế và hơn nữa năng lượng có tính quyết định đối với hệ thống chính trị, hịa bình
quốc gia hay sự phát triển bền vững của các quốc gia.
Nói năng lượng là nói đến năng lượng hóa thạch như than đá và đặc biệt là dầu và
các sản phẩm từ dầu mỏ. Cho đến nay, phần lốn các nguồn năng lượng mà chúng ta đang
sử dung bắt nguồn từ năng lượng hóa thạch là loại năng lượng dưới dạng tài nguyên, được
khai thác lên và sử dụng.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp trên thế giới đang
không ngừng phát triển và ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự phát triển của các quốc gia trên thế
giới. Nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt từ đó những nghiên cứu về nguồn
năng lượng thay thế năng lượng khoáng sản đang trở nên cấp bách.
Vấn đề đặt ra ở đây chinh là giá trị chuyển đổi năng lượng điện từ năng lượng tái
tạo cao hơn nhiều so với năng lượng khoáng thạch.
Mục tiêu đề tài: Đề tài thực hiện với mục tiêu tìm hiểu nghiên cứu về khí biogas, tìm
hiểu tính khả thi , vấn đề kĩ thuật, kinh tế và ảnh hưởng đến môi trường nhằm ứng dụng
và thực tiễn mang lại hiệu quả kinh tế cao.

2


Chương 1: Tổng quan về khí biogas

Chương 2: Các dạng hầm ủ biogas
Chương 3: Kết luận
Đề tài này sẽ cho mọi người có cái nhìn rõ hơn về năng lượng sinh khối dạng khí
và tiềm năng của nguồn năng lượng này ở nước ta. Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng
trong q trình làm khơng tránh những thiếu sót. Rất mong thầy hướng dẫn và chỉ bảo
thêm.

MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN .............................................................................................................................. 1
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ...................................................................................................................... 2
MỤC LỤC ................................................................................................................................... 3
DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ .................................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ BIOGAS..................................................................... 5
CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG HẦM BIOGAS................................................................................. 9
CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN.......................................................................................................... 14

3


DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ
Trang
Sơ đồ : Biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản............................ 5
Bảng : Vi khuẩn và sản phẩm axit tạo ra......................................................................... 6
Bảng : tiềm năng nguyên liệu...........................................................................................7
Hình : lọc khí.................................................................................................................. 8
Hình : Hầm sản xuất biogas nắp cố định vịm cầu .......................................................9
Hình : Hầm biogas nắp nổi....................................................................................... 10
Hình : Hầm biogas dạng túi nilon .............................................................................11
Hình : Hầm Biogas Composite.................................................................................... 12


4


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KHÍ BIOGAS
1. Khái niệm về khí biogas:
- Biogas là sản phẩm khí của q trình lên men kị khí phân giải các hợp chất hữu cơ
phức tạp thành những hợp chất hữu cơ đơn giản trong đó có thành phần chính là khí
metan
 Thành phần chính của Biogas là CH4 (50¸60%) và CO2 (30%) cịn lại là các chất khác
như hơi nước N2, O2, H2S, CO …
Các nguồn nguyên liệu chính dùng để sản xuất biogas:
Các loại bùn từ ao tù đầm lầy.
Các loại phế thải trong sản xuất nông lâm nghiệp và chế biến nông lâm sản.
Các sản phẩm phụ và phế thải từ sinh hoạt hằng ngày của con
người.
Các sản phẩm phụ và phế thải từ ngành chăn ni.


2. Q trình lên men metan:
Giai đoạn 1: Biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản

Vi khuẩn

Chất hữu cơ phức tạp (Protein,
Acid Amin, Lipid)

Chất hữu cơ đơn giản
(Glycerin, Acid béo…)


Closdium Bipiclobacterium
Bacillus gram âm không sinh bào tử
Staphyloccus

Giai đoạn 2: Hình thành Acid
- Nhờ vào vi khuẩn Acetogenic Bacteria (vk tổng hợp acetat), các hydrates cacbon biến
đổi thành các acid có phân tử lượng thấp
(C2H5COOH, C3H7COOH, CH3COOH) và pH môi trường dưới 5 nên gây thối

5


Vi khuẩn

Sản phẩm, Acid tạo ra

Bacillus cereus

Acetic, Lactic

Bacillus knolkampi

Acetic, Lactic

Bacillus megaterium

Acetic, Lactic

Bacterodies succigenes


Acetic, Sucinic

Clostridium carbefectium

Acetic, Fomic

Clostridium cellobinharus

Lactic, Etanol, CO2

Clostridium dissolves

Acetic, Fomic

Clostridium thermocellaceum

Lactic, Sucinic, Etanol

Pseudomonas

Acetic, Fomic, Lactic, Sucinic, Etanol

Ruminococcus sp

Acetic, Fomic,Sucinic, CO2

Giai đoạn 3 : Hình thành khí Metan
Sản phẩm của acid là nguyên liệu để phân hủy giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí CH 4,
CO2, H2S, N2, H2 và pH
( mơi trường chuyển sang kiềm)

Các phản ứng hóa học:
Cao phân tử → CO2 + H2 + CH3COO- + C2H5COOH + C3H8COOH
CH3COO- + H2O → CH4 + HCO3 + Q
4H2 + HCO3 + H2O → CH4 + H2O + Q
4H2 + H+ + HCO3 → CH4
acid Formic: 4HCOOH → CH4 + 3HCO3 + 3H HCOOH → H2 + CO2
acid Propionic: C2H5COO- + 2H2O → CH3COO- + 3H2 + 3CO2
Metanol: 4CH3OH + H2O → CH3COO- + 3H+ + H2O
Etanol: C2H5OH + H2O → 3/2CH4 + 1/2CO2 + H2O
Propanol: C3H7OH + 3H2O → 9/4CH4 + 3/4CO2 + 5/2H2O

6


STT

Vật liệu

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12


Thân lúa mạch
Thân cây ngô
Thân cây khoai tây
Lá củ cải đường
Rau bỏ đi
Phân bò
Phân lợn
Phân gà
Bùn
Phế thải lò mổ
Bã mía
Vỏ quả

Khả năng khai thác biogas
(l/kg vc khơ)
200 – 310
380 – 460
280 – 490
400 – 500
330 – 360
200 – 400
340 – 350
330 – 620
310 – 740
1200 – 1300
450
379

Bảng 2: tiềm năng nguyên liệu

LÊN MEN
_ Lên men trong điều kiện kỵ khí: khơng có O2
_ Nhiệt độ:
 Quy mơ nhỏ: 30-35oC
 Quy mô lớn: 50-55oC
 Độ pH: 6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vi sinh vật giảm sinh trưởng và phát
triển).
 Tỷ lệ Cacbon/Nitơ: 30/1 là tỷ lệ tốt nhất.
 Tỷ lệ pha loãng: Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 -> 7/1. (Tỷ lệ pha lỗng đối với
phân bị: 1/1, phân lợn: 2/1).
 Các ion NH4, Ca, K, Zn, SO4 ở nồng độ cao có ảnh hưởng đến sinh
trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh metan

7


3. Thu và làm sạch khí:
Loại trừ CO2
Sục Biogas qua nước được coi là pp đơn giản nhất để loại CO2
Ngồi ra CO2 cịn có thể bị hấp thu bởi những dd kiềm, do đó ta cũng có thể dùng dd
NaOH, Ca(OH)2 và KOH để loại CO2:
2NaOH + CO2 ---> Na2CO3 + H2O (*). Na2CO3 + CO2 + H2O ---> 2NaHCO3.
Ca(OH)2 + CO2 ----> CaCO3 + H2O.
Ố ng
 23

L ố i r a c ủ a b io g a s

Ố ng   
L ố i v ào

của
nước

Đ ệm

T hân

Đ ĩa đ ụ c lỗ
L ố i v à o c ủ a b io g a z

Ống
  
Ố ng
  

L ố i ra
của nư ớc

THU VÀ LÀM SẠCH KHÍ
Loại trừ H2S :
NaCO3 ở pt (*) có thể dùng để loại H2S trong
Biogas qua phản ứng sau:
H2S + Na2CO3 ---> NaHS + NaHCO3.
Một cách đơn giản khác là cho Biogas đi qua mạt sắt trộn lẫn với dăm bào:
Fe2O3 + 3H2S -----> Fe2S3 + 3H2O.
Sau khi sử dụng oxyt sắt được tái sinh bằng cách đem Fe2S3 phơi nắng, ta có:
2Fe2S3 + 3O2 -----> 2Fe2O3 + 6S.

8



Chương II: CÁC DẠNG HẦM BIOGAS.
1. Hầm sản xuất biogas nắp cố định vịm cầu:
1.Bể phân huỷ
2.Bộ phận chứa khí
3.Cửa nạp
4.Ống dẫn
5.Cửa lấy khí ra
6.Cửa thải bã

Bộ phận chứa khí 2 và bể phân hủy 1 được gắn liền với nhau thành một bể
kín. Dịch phân hủy được chứa ở dưới và khí được thu giữ ở phía trên.
 Khí sinh ra ở phía trên sẽ tạo ra áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy, đẩy một
phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp 6 được thông với lối ra 4

Ưu điểm
+ Kết cấu dưới mặt đất, nhiệt độ ổn định, tiết kiệm diện tích
+ Đảm bảo áp suất khí cao
+ Xây dựng với vật liệu dễ kiếm ngay tại địa phương
+ Bền, các bộ phận cố định, địi hỏi ít bảo dưỡng
Nhược điểm:
+ Phần chứa khí rất khó xây dựng, địi hỏi kỹ thuật cao
+ Áp suất khí lớn tác động lên thành bể gây nứt
+ Nước ở đầu vào dềnh lên gây khó khăn khi nạp nguyên liệu
+ Giá thành cao 1,2 đến 1,5 triệu đồng /m2

9


2. Hầm biogas nắp nổi:


1.
2.
3.
4.
5.

Bể phân hủy;
Bể chứa khí;
Bể nạp nguyên liệu;
Bể xả;
Cửa lấy khí ra.

Bộ phận chứa khí 2 là một đai nước quanh miệng bể phân hủy. Khí được tích lại
càng nhiều thì nắp nổi càng cao.

Ưu điểm
+ Áp suất khí lên thành bể được điều chỉnh dễ dàng
+ Phù hợp với các loại hầm lớn
+ Dễ sử dụng, dễ bảo dưỡng
Nhược điểm
+ Bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường như nhiệt độ
+ Nắp hầm dễ bị ăn mòn (làm bằng sắt), dễ bị lão hóa (làm bằng chất dẻo)
+ Áp suất gas thấp gây bất tiện cho việc đun nấu, thắp sáng (khắc phục: treo thêm quả
nặng vào nắp hầm)

10


3. Hầm biogas dạng túi nilon:


1.
2.
3.
4.
5.

Bể phân hủy
Bể chứa khí
Bể nạp nguyên liệu
Bể xả
Cửa lấy khí ra.

Ưu điểm:
+ Kỹ thuật lắp đặt dễ dàng
+ Chi phí thấp
+ Vận hành đơn giản, sửa chữa dễ dàng
Nhược điểm:
+ Chất dẻo dễ bị lão hóa trước ánh nắng mặt trời
+ Cần tránh tác động cơ học vì dễ rách, nên cần biện pháp bảo vệ trước vật ni,
chuột, trẻ em…
+ Chiếm diện tích lớn

11


4. Hầm Biogas Composite:

Ưu điểm:
+Độ bền cao và kín tuyết đối, khơng có khả

năng nứt gãy, khơng bị acid ăn mịn
+Hiệu suất sinh khí cao vì áp suất lớn và kín
tuyệt đối
+Khơng tốn nhiều thời gian và nhân cơng lắp
đặt
+Có áp lực gas cao, tự điều áp, tự động phá
váng
+Có thế di chuyển dễ dàng
Nhược điểm:
+ Cửa nạp và cửa xả đặt trên cùng bình độ
được dùng làm bể điều áp và chi cách
nhau
1.1-1.6m, phân chưa kịp phân hủy đã bị đẩy ra
ngồi, sẽ ảnh hưởng đến vệ sinh mơi trường.

12


5. Sử dụng biogas:
 Dùng để phát điện:Động cơ có thể biến 1m3 biogas thành 1kWh điện, tiết kiệm
được 0,4 lít dầu diesel và góp phần giảm phát thải 1kg CO2 vào khí quyển.
 “Nếu áp dụng cơng nghệ này mỗi năm nước ta có được 4 tỷ kWh điện từ biogas,
bằng 10% năng lượng điện bằng nhiên liệu thay thế, tiết kiệm 1,6 tỷ lít dầu
 Nấu ăn, các cặn bả dung làm phân bón
6. Lợi ích của biogas:
Về môi trường:
 Tạo môi trường nông thôn sạch đẹp
 Xử lí được lượng chất thải lớn
 Thanh tốn mơi trường di trú mầm bệnh cho người và gia súc, gia cầm.
 Hạn chế nạn phá rừng làm chất đốt.

Về kinh tế:
 Thu được khí đốt dạng nhiên liệu sạch thay thế các chất đốt thương mại
khác.
 Thu được nguồn phân sạch phục vụ trồng trọt.
 Phát triển chăn nuôi theo hướng công nghiệp bền vững.
 Sử dụng sưởi ấm, thắp sáng chuồng trại và một số lợi ích khác.
Về xã hội
 Tạo không gian chuồng trại, môi trường nông thôn sạch đẹp.
 Xoá bỏ tập quán sử dụng phân tươi trong trồng trọt.

13


Chương III: KẾT LUẬN
Năng lượng sinh khối ngày càng thu hút được sự quan tâm của xã hội, đáng kể nhất là cho
đến những năm cuối thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21. Đó là nhờ sự kết hợp giữa những yếu tố như
sau:
 Sự thay đổi một cách nhanh chóng thị trường năng lượng tồn cầu, thúc đẩy bởi tiến
trình tư nhân hóa, deregulation và phân tán (decentralisation).
 Xã hội bắt đầu nhận thức một cách rộng rãi hơn vai trò hiện tại và trong tương lai
của năng lượng sinh khối với vai trò như một phương thức chuyển hóa năng lượng
(energy carrier), kết hợp với các dạng nltt khác
 Sự dời dào, dễ khai thác và tính chất bền vững của năng lượng sinh khối.
 Xã hội nhận thức được sự đóng góp của việc khai thác năng lượng sinh khối vào tiến
trình bảo vệ sự cân bằng mơi trường sống và vai trị của nó trong việc điều tiết khí
hậu.
 Các cơ hội sẵn có và tiềm năng phát triển thương mại năng lượng sinh khối.
 Tiến bộ trong sự hiểu biết về năng lượng sinh khối cũng như sự phát triển trong các
kỹ thuật khai thác chuyển đổi năng lượng sinh khối cũng như các dạng năng lượng
tái tạo khác.

Ngoài những điểm kể trên, sự phát triển năng lượng sinh khối cịn đang được khuyến khích
thêm nữa do các yếu tố cụ thể sau:
 Mối lo ngại ngày càng tăng về sự thay đổi khí hậu tồn cầy sẽ dẫn tới việc tăng
cường các chính sách mới cứng rắn hơn về việc giảm thiểu ô nhiễn khơng khí
 Sự nhận thức rộng rãi hơn của các tổ chức chính sách tồn cầu về tầm quan trọng
của năng lượng sinh khối
 Sự gia tăng về nhu cầu năng lượng và sự tăng trưởng nhanh của thị trường năng
lượng tái tạo
 Con số các quốc gia bắt đầu vạch thảo và áp dụng các chính sách hỗ trợ phát triển
năng lượng mới ngày càng tăng, với năng lượng sinh khối đóng vai trị trọng tâm
 Các áp lực về môi trường, cộng với sự cạn kiệt về nguồn tài nguyên dẫn tới việc tăng
giá nhiên liệu hóa thạch, chưa kể tới các chi phí "phụ trợ" khác đang khiến giá năng
lượng ngày càng tăng cao. Điều này sẽ rút giảm dần khoảng cách về chi phí giữa nl
tái tạo và năng lượng truyền thống.
 Cho dù kỹ thuật hiện nay vẫn chưa đạt được mức thỏa mãn về thương mại hóa năng
luợng sinh khối, nhưng với tốc độ phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật,
khoảng cách về thời gian sẽ được rút ngắn dần.

14


15