Luận văn Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú, huyện Củ Chi, TP.HCM và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong sản xuất trong nông nghiệp

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh tài nguyên năng lượng hóa thạch trên thế giới ngày càng cạn kiệt, năng lượng mới tái tạo đã và đang trở thành mối quan tâm không phải chỉ riêng mỗi quốc gia nào mà trở thành vấn đề toàn cầu. Trước tình hình trên, từ hơn 20 năm qua, nhiều nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu truy tìm nhiều loại năng lượng khác nhau, nhất là năng lượng tái lập. Một trong những năng lượng gần gũi nhất với chúng ta đó là năng lượng có từ sự phân hủy rác hữu cơ của gia đình và phân chuồng gia súc như trâu, bò, heo…đó chính là năng lượng khí sinh học hay còn gọi là Biogas. Ở nước ta, việc nghiên cứu ứng dụng rộng rãi công nghệ khí sinh học là một giải pháp chủ yếu để giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường, cung cấp nguồn chất đốt, tiết kiệm năng lượng rất hiệu quả ở các vùng nông thôn. Nhu cầu sử dụng công nghệ biogas cho các hộ gia đình nông dân là rất cao, đặc biệt là đối với các hộ chăn nuôi trâu, bò, lợn với quy mô lớn. Riêng tại Củ Chi - một huyện ngoại thành của Thành phố Hồ Chi Minh, có số đàn gia súc lớn nhất thành phố, trong đó xã An Phú được đánh giá là xã có đàn gia súc lớn nhất huyện với 15263 con heo, 2326 con bò. Vì thế việc quản lý chất thải từ gia súc cần một tổng hợp các biện pháp kỹ thuật, giáo dục, chính sách môi trường và chính sách kinh tế. Các biện pháp kỹ thuật phổ biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas; bể chứa phân: bón phân đã xử lý vào đất; sử dụng cây xanh để hấp thu chất thải và sử dụng phân gia súc như một thành phần của thức ăn gia súc. Trong đó, xây dựng hệ thống biogas là một giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuôi tốt nhất và hiệu quả nhất. Tuy nhiên trong quá trình xây dựng và phát triển hệ thống biogas đã gặp phải không ít khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mô còn chậm. Để mở rộng quy mô và phạm vi áp dụng mô hình biogas có hiệu quả thì công việc nghiên cứu về biogas là rất quan trọng. Vì vậy đề tài luận văn Khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú, huyện Củ Chi, TP.HCM và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng hầm ủ biogas trong sản xuất trong nông nghiệp là rất cần thiết. Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu hiện trạng sử dụng mô hình biogas ở xã An Phú huyện Củ Chi-TpHCM, những thuận lợi và khó khăn của từng hộ gia đình trong quá trình sử dụng. Từ đó đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phương. Nhiệm vụ nghiên cứu Các nội dung nghiên cứu của Luận văn bao gồm: Khảo sát và đánh giá hiện trạng sử dụng hầm ủ biogas xã An Phú huyện Củ Chi-TpHCM. Đề xuất một số giải pháp nhằm khắc phục khó khăn và nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas tại địa phương Phương pháp nghiên cứu Phương pháp điều tra bằng câu hỏi Lập câu hỏi trong đó liệt kê đầy đủ các thông tin cần khảo sát về hoạt động chăn nuôi ( loại gia súc, gia cầm, số lượng…), phương thức quản lý chất thải chăn nuôi ( thải bỏ hoặc dùng làm phân bón hoặc xây dựng hầm biogas), tình hình sử dụng hầm ủ biogas ( loại hầm, thể tích, quá trình vận hành của hầm ủ)… Đối tượng khảo sát: Các hộ chăn nuôi gia súc trên địa bàn. Số phiếu khảo sát: 65 phiếu. ( chi tiết nội dung phiếu điều tra được đính kèm ở phụ lục). 1.4.2 Phương pháp phỏng vấn, tham khảo ý kiến Phỏng vấn trực tiếp một số hộ dân trên địa bàn Xã về hoạt động chăn nuôi và công tác ứng dụng xây dựng, vận hành hầm ủ biogas trong chăn nuôi. 1.4.3 Phương pháp thu thập số liệu Thu thập và tham khảo số liệu thống kê của các cơ quan có liên quan: Chi cục thú y TpHCM Trung tâm nước sạch và VSMT nông thôn TpHCM. Trang web UBND huyện Củ Chi: www.cuchi.hochiminhcity.gov.vn 1.5 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là xã An Phú huyện Củ Chi, TpHCM. Các kết quả đạt được của đề tài Đánh giá được sơ bộ tình hình sử dụng mô hình biogas tại xã An Phú huyện Củ Chi-Thành phố Hồ Chí Minh Đưa ra giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas trong cộng đồng Kết cấu của đồ án Đề tài “Khảo sát tình hình sử dụng mô hình biogas tại xã An Phú huyện Củ Chi-TpHCM và đưa ra giải pháp nhằm nâng cao lợi ích biogas” bao gồm những nội dung chính như sau: Tổng quan về công nghệ biogas. Tổng quan về xã An Phú huyện Củ Chi – TpHCM. Kết quả khảo sát tình hình sử dụng hầm ủ biogas tại xã An Phú huyện Củ Chi-TpHCM. Đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình biogas. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS 2.1 Tổng quan công nghệ biogas trong nông nghiệp 2.1.1 Nguồn nguyên liệu thô trong quá trình sản xuất biogas 2.1.1.1 Đặc tính chung của nguyên liệu Biogas ( khí sinh học) là một loại khí được sinh ra khi chất thải động vật và các chất hữu cơ ( phụ phẩm nông nghiệp) bị lên men trong điều kiện kỵ khí. Vi sinh vật phân hủy các chất tổng hợp và khí được sinh ra. Biogas là một hỗn hợp bao gồm metan, cacbon dioxit, nitơ, hydro sunfua… Chất thải của động vật ( phân, nước tiểu) trong chăn nuôi nông nghiệp là nguồn nguyên liệu lớn, chứa nhiều thành phần hữu cơ có khả năng chuyển hóa sinh học để tạo biogas. Khối lượng chất thải phát sinh có sự khác nhau, tùy theo từng loại gia súc, gia cầm, điều kiện chăn nuôi, đặc điểm chuồng trại và đặc điểm ngành của từng quốc gia. Theo số liệu thống kê của ngành nông nghiệp Ấn Độ, Napal, Việt Nam…khối lượng phát sinh và thành phần tính chất của các loại chất thải được ước tính như sau: Bảng 2.1: Ước lượng chất thải phát sinh từ động vật Loại động vật Khối lượng chất thải phát sinh ( kg/ngày/1 con) Khối lượng chất thải có khả năng thu gom (kg/ngày/1 con) Trâu, bò 10 -15 5-8 Lợn 1,3 0,3 Cừu 0,75 0,25 Gia cầm ( gà, vịt) 0,75 0,75 Chất thải con người 0,06 0,06 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Chất thải của trâu, bò Tại Ấn Độ, hầu hết chất thải từ trâu bò được sử dụng làm biogas do thành phần này có tính đồng nhất cao, tỷ lệ C:N của chất thải ở gần mức tối ưu ( 30:1), thuận lợi cho quá trình phân hủy sinh học. Theo ước tính, mỗi ngày toàn Ấn Độc có khoảng 2 triệu tấn chất thải phát sinh chủ yếu từ trâu bò. Nếu như chỉ có 1 nửa khối lượng này được sử dụng để chuyển hóa thành biogas thì lượng khí sinh ra có mức năng lượng tương đương 80 triệu tấn than đá. Thành phần chất thải của bò ( tính theo phần trăm khối lượng) bao gồn tổng chất thải rắn (TS) là 17,63%; chất rắn bay hơi (VS) 13,65%; thành phần hữu cơ (OC) 44,01%; tổng Nitơ 1,37%, tỷ lệ C:N = 32,1 và pH = 5,0. Chất thải của lợn Tỷ lệ C:N trong chất thải của lợn thấp hơn so với trâu bò, tỷ lệ này dao động trong khoảng 13-15:1. Do tỷ lệ C:N thấp nên để tăng hiệu quả của quá trình sản xuất biogas người ta thương bổ sung thêm một số thành phần khác trong nguồn nguyên liệu đầu vào của hầm ủ. Thành phần hỗn hợp có thể bao gồm: 60% phân lợn, 20% phân người và 20% chất thải từ trồng trọt ( lá cây, cỏ cắt xén…); hoặc 60% phân lợn, 20% phân bò và 15% chất thải từ trồng trọt; hoặc 63% phân lợn, 25% phân bò và 12% phân gà. Chất thải từ gia cầm Loại chất thải này có tỷ lệ C:N thấp, khoảng 15:1, do đó khi sử dụng cần bổ sung thêm các thành phần chất thải khác. Thành phần, tính chất của các loại chất thải có sự khác nhau giữa các loại gia súc. Yếu tố này sẽ quyết định khả năng phân hủy sinh học và nâng suất sản sinh biogas. Các số liệu được thống kê và so sánh được trình bày trong các bảng 2.2 và 2.3 Bảng 2.2 Tính chất của chất thải động vật Loại chất thải Tỷ lệ C:N % H2O kgVS/con/ngày Lít nước thải/con/ngày Chất thải của gia súc 9,3 65 5,9 28,3 Chất thải của bò 16-25 78-80 4,2 37,3 Chất thải của ngựa 25 75 - - Chất thải của lợn 14 82 2,7 28,3 Chất thải của cừu 20 68 - - Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Ngoài chất thải động vật và con người, thực vật cũng là nguồn nguyên liệu được sử dụng để sản xuất biogas và phân bón sinh học. Ví dụ, một kg chất thải từ các vụ thu hoạch và bèo tây có thể tạo thành 0,037 và 0,045 m3 biogas. Các loại nguyên liệu hữu cơ khác nhau sẽ có tính chất hóa sinh khác nhau và do đó, khả năng tạo ra biogas của chúng cũng khác nhau. Hai hoặc nhiều loại nguyên liệu có thể được sử dụng kết hợp để đảm bảo các yêu cầu cơ bản cho quá trình phân hủy sinh học tạo ra khí. Bảng 2.3 Lượng chất thải phát sinh và tính chất ( tính trên 454 kg thịt sống) Thành phần Đơn vị Bò sữa Bò lấy thịt Lợn Gia cầm Bò cái Bê cái 182-318 kg >318 kg Lợn thịt Lợn giống Gà đẻ trứng Gà giò Chất thải thô Kg/ ngày 37,2 38,6 40,8 27,2 29,5 22,7 24 32,2 Tỷ lệ phân/ nước tiểu - 2,2 1,2 1,8 2,4 1,2 - - - Tỷ trọng Kg/m3 1.005 1.005 1.010 1.010 1.010 1.010 1.005 1.005 Chất rắn tổng cộng Kg/ ngày 4,7 402 502 3,1 2,7 1,9 6,1 7,7 % TS 12,7 10,8 12,8 11,6 9,2 8,6 25,2 25,2 Chất rắn bay hơi % TS 3,8 - - 2,7 2,2 1,4 4,3 5,4 % TS 82,5 - - 85 80 75 70 70 BOD5 % TS 16,5 - - 23 33 30 27 - COD % TS 88,1 - - 95 95 90 90 - TKN % TS 3,9 3,4 3,5 49 7,5 5,4 6,8 Hàm lượng P % TS 0,7 3,9 - 1,6 2,5 2,1 1,5 Hàm lượng K % TS 2,6 - - 3,6 4,9 2,3 2,1 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Đối với Việt Nam, một quốc gia có nền nông nghiệp là chính yếu, đặc điểm về chất thải gia súc, gia cầm ở các vùng nông thôn, ngoại thành theo số liệu thống kê của Trung tâm Nước sạch và Vệ sinh môi trường nông thôn – Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn TpHCM như sau: Khối lượng chất thải của động vật thay đổi rất lớn tùy theo điều kiện chăn nuôi và chuồng trại. Lượng phân động vật sản xuất một năm ước tính theo bảng 2.4 Bảng 2.4 Khối lượng chất thải từ động vật Động vật Tấn/năm ( tính trên 454 kg thịt sống) Hàm lượng Nitơ ( kg/năm/454 kg thịt sống) Trong nước tiểu Trong phân Tổng Ngựa 20 5,4 8,8 14,2 Bò 30 4,8 4,9 9,7 Lợn 33,7 4,0 3,6 7,6 Cừu 13,9 9,9 10,7 20,6 Gà, vịt 9,5 - 20 20 Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008 Thành phần chất thải bao gồm phần rắn (phân), phần lỏng ( nước tiểu của động vật, nước dội rửa chuồng) và vật liệu lót chuồng, rác, rau, cỏ…đặc tính và tỷ lệ tương ứng các thành phần này theo đổi nhiều hay ít tùy thuộc vào loại động vật, thức ăn, hình thức chuồng trại… Rơm và cây cỏ thường được sử dụng để lót chuồng chứa một lượng lớn cacbon, đặc biệt là dạng xenlulo, một lượng nhỏ nitơ và khoáng chất. Thành phần protein trong phân cung cấp môi trường đủ chất dinh dưỡng để các vi sinh vật phát triển. Bảng 2.5 Thành phần hóa học của một số loại phân từ động vật Động vật Lượng nước % Thành phần phân rắn Nitơ % P2O5 % K2O % Trâu, bò 80 1,67 1,11 0,056 Ngựa 75 2,29 1,25 1,38 Lợn 82 3,75 3,13 2,2 Gà 56 6,27 5,92 3,27 Chim bồ câu 52 5,68 5,74 3,23 Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008. Kết quả trên chỉ ra rằng, phân chuồng ở dạng tươi chứa khoảng 70-80% lượng nước, 0,3-1,9% nitơ, 0,1-0,6% photpho và 0,3-1,2% Kali. Vì thế cứ một tấn phân tươi, trung bình sẽ có khoảng 180-270 kg chất thô; 3,5-5 kg N, 2-3 kg P2O5và 4-5 kg K2O. 2.1.1.2 Khả năng sản sinh biogas Hầu hết các thành phần hữu cơ bao gồm protein, lipit, cacbohydrat, xenlulo ( trừ dầu khoáng, lignin) đều có khả năng chuyển hóa sinh học thành biogas ( CH4, CO2). Ba thành phần chất hữu cơ nói trên, về lý thuyết, khi chuyển hóa thành biogas sẽ có sự khác nhau về thành phần của CH4, CO2, cụ thể được trình bày trong bảng 2.6. Bảng 2.6 Thành phần CH4, CO2 trong biogas sinh ra từ các hơp chất hữa cơ Nguyên liệu Lít khí/kg nguyên liệu thô CH4% CO2% Protein 700 70 30 Chất béo 1.200 87 33 Hydratcabon 800 50 50 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Bảng 2.7 Định mức năng suất tạo biogas từ chất thải chăn nuôi Loại chất thải Kh VS sinh ra/con/ngày % VS phân hủy CC biogas/mg VS phân hủy m3biogas/con/ngày Chất thải của bò 4,0 kg 30 % 800 cc/mg 1 m3 Chất thải của lợn 2,7 kg 50% 1.100 cc/mg 1,6 m3 Chất thải của gia cầm 5,9 kg 60% 600 cc/mg 2,2 m3 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Tại Nepal, phân bò được sử dụng phổ biến làm nguyên liệu đầu vào cho các hầm ủ biogas do khối lượng phân tương đối nhiều. Khả năng sinh khí đối với một số loại chất thải khác nhau được thống kê theo bảng 2.8 Bảng 2.8 Khả năng sinh khí của một số loại chất thải Loại chất thải Khả năng sinh khí m3/kg phân Chất thải của bò 0,023 -0,04 Chất thải của heo 0,04-0,059 Chất thải của gia cầm 0,065 – 0,116 Chất thải của người 0,02 – 0,028 Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Tại Việt Nam, sản lượng khí sinh ra hàng ngày được ước tính như sau: Bảng 2.9 Sản lượng khí hàng ngày Loại chất thải Sản lượng khí hàng ngày ( lít/kg/ngày) Chất thải của bò 15-32 Chất thải của trâu 15-32 Chất thải của heo 40-60 Chất thải của gia cầm 50-60 Chất thải của người 60-70 Bèo tây tươi 0,3-0,5 Rơm rạ khô 1,5-2,0 Nguồn: Trung tâm nước sạch và VSMTNT, tài liệu hướng dẫn kỹ thuật xây dựng, vận hành, bảo dưỡng hầm biogas Thái-Đức, 2008. 2.1.2 Nguyên lý của quá trình chuyển hóa. Về nguyên tắc, khi một lượng sinh khối được lưu giữ trong hầm kín vài ngày sẽ chuyển hóa và sản sinh ra một hợp chất dạnh khí – khí sinh học ( biogas), có khả năng cháy được với thành phần chính là metan và cacbon dioxide, trong đó thành phần metan chiếm khoảng trên 50%. Quá trình này được gọi là quá trình lên men kỵ khí hoặc quá trình sản xuất khí metan sinh học. Một hệ thống biogas bao gồm hầm biogas, thiết bị thu khí được lắp đặt trực tiếp trên nắp hầm, hệ thống ngăn và đường ống cấp nguyên liệu đầu vào ( chất thải thô và nước). Bộ phận đầu ra bao gồm bể chứa và đường ống dẫn chất thải ( bùn sau khi lên men) để sử dụng làm phân bón sinh học. Trong quá trình lên men, phần sinh khối phân rã và chất thải động vật sẽ được các vi sinh vật kỵ khí, nấm và vi khuẩn chuyển hóa thành các hợp chất dinh dưỡng cơ bản có ích cho thực vật và đất mùn. Quá trình này đòi hỏi một số điều kiện tối ưu như độ ẩm, nhiệt độ, bóng tối…trong hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy, không có sự hiện diện của oxy từ môi trường không khí, sự tồn tại của vi khuẩn kỵ khí chiếm ưu thế, chuyển hóa các hợp chất dạnh hydrocacbon. Các thành phần dinh dưỡng như hợp chất chứa nitơ dạng hòa tan sẽ vẫn tồn tại trong dung dịch sau phân hủy và là nguồn phân bón giàu dinh dưỡng cho đất mùn. Quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra qua 3 giai đoạn chính: Giai đoạn thủy phân. Giai đoạn hình thành axit. Giai đoạn lên men metan. Các giai đoạn này được thực hiện bởi 2 loại vi khuẩn – vi khuẩn axit hóa và vi khuẩn metan hóa. Chu trình chuyển chất thải hữu cơ thành biogas qua các phản ứng phức tạp, về cơ bản có thể chia thành 2 pha chính: Pha 1 – pha axit: Bao gồm giai đoạn thủy phân và giai đoạn tạo axit liên kết với nhau, trong đó các chất thải hữu cơ sẽ chuyển hóa phần lớn thành acetate. Pha II – pha metan: Là giai đoạn 3 trở lên, trong đó khí CH4 và CO2 được tạo thành. Hai bước đầu tiên của quá trình là nhân tố chính, qua đó liên kết các hợp chất hữu cơ mạch dài bị bẽ gãy, hình thành axit. Khí metan được sinh ra do hoạt động của vi khuẩn kỵ khí, chủ yết tại bước 3. Ba bước chính của quá trình như sau: Pha I Tạo axit ( thủy phân) Pha II Khử axit Sinh khí CH4 Pha I Pha II Giai đoạn tạo axit Giai đoạn khử axit Giai đoạn hình thành khí CH4 (Thủy phân) Biogas CH4 và CO2 Axit acetic Axit HC yếu Rượu Protein Cacbonhydrat Chất béo Axit acetic 1 2 3 Vi khuẩn lên men Vi khuẩn acetogenic Vi khuẩn metan hóa Hình 2.1 Các bước của quá trình tạo khí metan Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher 2.1.2.1 Giai đoạn tạo axit ( thủy phân) Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất dạng polymer ( phân tử lớn) sẽ bị khử thành các monome ( phân tử cơ bản). Sản phẩm của quá trình bao gồm: Chất béo axit béo Protein amino axit Hydratcacbon đường Sản phẩm của giai đoạn này sẽ được các vi khuẩn lên men chuyển hóa, hình thành các sản phẩm như: H, H2O, CO2, NH4, H2S Axit acetic CH3COOH Rượu và các axit hữu cơ yếu. 2.1.2.2 Giai đoạn khử axit Trong bước này vi khuẩn acetogeic sẽ chuyển hóa rượu và các axit hữu cơ yếu thành các sản phẩm sau: H, H2O, CO2. Axit acetic CH3COOH. 2.1.2.3 Giai đoạn tạo CH4 Trong bước thứ 3 – bước cuối cùng của quá trình chuyển hóa, axit acetic được hình thành ở bước 1 và 2 sẽ chuyển hóa thành CH4 và CO2 nhờ hoạt động của vi khuẩn metan. Trong quá trình phân hủy sẽ xuất hiện các bọt khí H2S nhỏ và tích lũy một phần nhỏ trong thành phần khí biogas. Khí H2S được sinh ra trong giai đoạn thủy phân khi các VSV bẽ gãy amino axit methionine thiết yếu. Trong giai đoạn metan hóa, H2S cũng tiếp tục được sinh ra do các nhóm VSV khử sunfat khác nhau sử dụng axit béo ( đặc biệt là acetat), protein làm nguốn cơ chất cho quá trình phân hủy. Cả 3 giai đoạn trên càng có sự lên kết thì quá trình phân hủy, lên men chất hữu cơ trong hầm ủ diễn ra càng nhanh. Nguyên liệu thô Quá trình chuyển hóa Sản phẩm cuối cùng Sinh khối ( chất thải hữu cơ ) Xử lý sơ bộ nguyên liệu Quá trình lên men 1. Tạo axit ( từ chất béo, xululo, protein. 2. Khử axit ( tạo ra CH3COOH, H, CO2) 3. Tạo khí CH4, H, CO2 Thu nhiệt Biogas CH4 ( 50-60% ) CO2 ( 30-40%) N H H2S Chất hữu cơ N và xenlulo chứa lignin = nguồn cacbon Hình 2.2 Lược đồ của quá trình phân hủy kỵ khí Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Trong suốt pha đầu tiên của quá trình phân hủy, một lượng lớn khí CO2 được sinh ra và giá trị pH sẽ giảm xuống khoảng 6,2 (pH<6,2 là một yếu tố bất lợi đối với hoạt động của VSV). Sau thời gian khoảng 10 ngày, pH bắt đầu tăng ổn định, giá trị đạt khoảng 7,0 – 8,0. Nhiệt độ của quá trình thấp dưới 150C sẽ hạn chế khả năng sinh biogas. Nói chung, nhiệt độ càng cao thì lượng biogas sinh ra càng nhiều, giảm được thời gian lưu phân trong hầm và làm tăng năng suất. Bảng 2.10 Đặc điểm của quá trình chuyển hóa sinh hóa Các bước Nhiệt độ pH Môi trường Thế oxy hóa khử Thủy phân Nhiệt độ càng cao, chuyển hóa càng nhanh, <550C ~ 6 Ưa khí - Pha axit hóa 4- 6 Kỵ khí nghiêm ngặt - Pha acetat hóa VK ưa nhiệt trung bình ( mesophilic):~ 350C; VK ưa nhiệt ( thermophilic): ):~ 550C 6,8 – 7,5 Min – 330 mV Metan hóa Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Các phản ứng sinh học diễn ra trong các pha lên men kỵ khí ở trên là một chuỗi phức tạp, từ hợp chất ban đầu là xelulo, để tạo thành sản phẩm cuối cùng là biogas, sẽ có các sản phẩm trung gian như axit focmic, axit acetic, axit propionic và axit butrric…phản ứng tổng quát của quá trình này như sau: CnHaOb + ( n - a/4 – b/2) H2O (n/2 – a/8 + b/4)CO2 + ( n/2 + a/8 – b/4 )CH4 Bảng 2.11 Các phản ứng diễn ra trong quá trình phân hủy kỵ ứng với các loại cơ chất khác nhau Cơ chất Phản ứng Cacbonhydrat Vd: glucozơ C6H12O6 + H2O 3CH4 + 3 CO2 50% : 50% Lipit, vd: axit palmitic 2C6H32O2 + 14H2O 23CH4 + 9 CO2 72 % : 28% Protein 2C13H25O7N3S + 12H2O 13CH4 + 13 CO2 + 6NH3 + 2H2S 38% : 38% : 18% : 6% Nguồn: B.T.NIJAGUNA, Biogas Technology, New Age Iternational Publisher Giả sử 100% cơ chất đều có khả năng phân hủy sinh học và không tính đến phần cơ chất chuyển hóa thành tế bào thì phương trình phản ứng trên là cơ sở lý thuyết để xác định lượng biogas sinh ra cực đại. Nhiệt lượng tỏa ra của phản ứng tren khoảng 1,5Mj/kg nguyên liệu khô, tương ứng với cơ chất là C6H12O5, thì lượng nhiệt tỏa ra khoảng 250Kj/mol C6H12O5. Lượng nhiệt này không đủ để nâng nhiệt độ của cơ chất đầu vào. Trong thực tế, quá trình phân hủy diễn ra trong thời gian dài, do đó hiệu suất của quá trình ít khi đạt trạng thái hoàn toàn, chỉ khoảng 60% cơ chất được chuyển hóa. Sản lượng biogas sinh ra khoảng 0,2 – 0,4 m3/kg nguyên liệu đầu vào, với hàm lượng chất rắn khoảng 5 kg/1 m3 chất lỏng. Quá trình phân hủy diễn ra ở ba dãy nhiệt độ khác