BIODIGESTER: NÓ DÙNG ĐỂ LÀM GÌ, CÁC LOẠI, ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM - MÔI TRƯỜNG - 2026

Một biodigester là một bể kín, nơi mà khí mêtan và phân bón hữu cơ được tạo ra từ quá trình lên men kỵ khí các chất hữu cơ. Nền tảng sinh học là sự phân hủy các chất hữu cơ do tác động của vi khuẩn thông qua quá trình thủy phân, axit hóa, tạo acetanogenesis và methanogenesis.

Thiết bị phân tích sinh học cung cấp các điều kiện được kiểm soát cần thiết cho quá trình phân tích sinh học. Sau quá trình này, khí sinh học (mêtan, carbon dioxide, nitơ và hydro sunfua), biosol (phân rắn) và biol (phân bón lỏng) thu được thành sản phẩm cuối cùng.

Hệ thống khí sinh học. Nguồn: Renergon International AG

Hoạt động cơ bản bắt đầu từ việc thêm chất thải hữu cơ và nước vào một thùng chứa kín khí, trong đó quá trình lên men kỵ khí được tạo ra. Khí sinh học sau đó được chiết xuất để lưu trữ, sử dụng trực tiếp hoặc làm phân bón.

Ba loại thiết bị định vị sinh học cơ bản theo hệ thống chất tải của chúng là không liên tục, bán liên tục và liên tục. Các thiết bị xử lý sinh học theo lô chỉ được nạp chất thải hữu cơ một lần trong mỗi quy trình sản xuất, sau đó phân bón được chiết xuất để bắt đầu một chu trình khác.

Những loại tải bán liên tục, được tải theo chu kỳ thường xuyên trích ra lượng phân bón tương đương với khối lượng chất tải. Các hệ thống liên tục là các nhà máy công nghiệp có tải lượng chất hữu cơ thường xuyên, cũng như khai thác khí sinh học và phân bón.

Trong số những lợi thế của máy hút mùi sinh học là cho phép quản lý thích hợp chất thải hữu cơ, tái chế chúng và giảm rủi ro môi trường. Ngoài ra, năng lượng (khí sinh học) và phân bón hữu cơ được sản xuất, tạo ra giá trị kinh tế và môi trường.

Tuy nhiên, cũng có một số nhược điểm nhất định như tiêu tốn nước, khó duy trì mức nhiệt độ lý tưởng và sự hiện diện của các chất độc hại (hydrogen sulfide, siloxenes). Nó cũng làm nổi bật sự tích tụ nguyên liệu thô gần khu vực và nguy cơ nổ.

Bạn có thể xây dựng một bể chứa sinh học tự chế tương đối rẻ tiền và xử lý rác nhà bếp hữu cơ. Điều này chỉ yêu cầu một thùng có nắp kín và một số vật liệu hệ thống ống nước (ống PVC, nút chặn, trong số những vật liệu khác).

Ở quy mô lớn hơn, trong các ngôi nhà ở nông thôn, hệ thống kinh tế và tương đối dễ xây dựng nhất là giàn xúc xích. Hệ thống này về cơ bản bao gồm một túi polyethylene kín với các kết nối tương ứng.

Nó để làm gì

- Xử lý và tái chế chất thải hữu cơ

Biodigesters là giải pháp thay thế công nghệ rất hữu ích từ quan điểm quản lý bền vững chất thải hữu cơ và sản xuất năng lượng tái tạo. Ví dụ, họ cung cấp một giải pháp thay thế cho việc tái chế chất thải hữu cơ rắn và lỏng, được chuyển thành nguyên liệu thô cho bể ủ sinh học.

Tái chế chất thải hữu cơ theo cách này làm giảm tác động gây ô nhiễm của nó và tiết kiệm trong quản lý. Thiết bị định vị sinh học được sử dụng để xử lý nước thải, xử lý chất thải hữu cơ rắn đô thị và chất thải nông nghiệp và chăn nuôi.

- Sản xuất khí sinh học và phân bón sinh học

Quá trình phân hủy kỵ khí tạo ra khí sinh học và phân hữu cơ dưới dạng sản phẩm.

Khí sinh học

Khí sinh học có khoảng 60% là khí mêtan, là nhiên liệu có nhiệt lượng cao và có thể được sử dụng để sản xuất năng lượng. Nó có thể được sử dụng để nấu ăn, tạo ra năng lượng điện (tuabin khí), chuyển động động cơ hoặc sưởi ấm.

Phân bón sinh học

Phân bón sinh học thu được từ biodigesters thu được ở trạng thái (biosol) và lỏng (biol) với hàm lượng vi lượng và vĩ mô cao. Các chất dinh dưỡng đa lượng cơ bản (phốt pho, nitơ và kali) có thể được tách biệt từ biol thông qua quá trình siêu lọc và thẩm thấu ngược.

Biol chứa một lượng đáng kể các kích thích tố tăng trưởng hữu ích cho sự phát triển của thực vật như axit indole-acetic, gibberellins và cytokinin, trong số những loại khác.

Làm thế nào nó hoạt động

Bể sinh học hoạt động bằng cách tạo ra quá trình khí sinh học thông qua quá trình phân hủy kỵ khí, từ việc phân hủy các chất hữu cơ ngậm nước và trong điều kiện không có không khí. Điều này xảy ra thông qua một quá trình lên men mà sản phẩm chính là khí mêtan (CH4) và carbon dioxide (CO2).

- Tải thiết bị đo sinh học và lắc

Nó được thực hiện thông qua bể nạp liệu, bao gồm một bể chứa trong đó chất hữu cơ được chuẩn bị để bổ sung qua ống nạp vào bể sinh học.

Xử lý chất hữu cơ và tải trọng

Bể ủ sinh học phải được định kỳ cho ăn chất hữu cơ và đủ nước cho khả năng mang của nó. Theo nghĩa này, 25% thể tích của thiết bị phân tích sinh học phải được để trống để tích tụ khí sinh ra.

Đổi lại, loại và chất lượng của chất hữu cơ cũng sẽ ảnh hưởng đến năng suất và việc sử dụng hay không sử dụng chất thải rắn và lỏng làm phân bón. Một số chất thải hữu cơ có thể gây ra các vấn đề trong quá trình lên men, chẳng hạn như bã trái cây họ cam quýt có thể làm axit hóa môi trường quá nhiều.

Nguyên liệu phải được nghiền nhỏ hoặc giảm kích thước nhỏ nhất có thể, và để tạo điều kiện cho quá trình lên men, hỗn hợp phải chứa 75% nước và 25% chất hữu cơ. Nó phải được khuấy định kỳ để đảm bảo sự đồng nhất của quá trình lên men trong hỗn hợp.

Nhiệt độ và thời gian lưu

Thời gian lưu giữ chất hữu cơ trong bể ủ sinh học để đạt được quá trình lên men hoàn toàn sẽ phụ thuộc vào loại chất hữu cơ và nhiệt độ. Nhiệt độ môi trường càng cao thì quá trình lên men càng nhanh (ví dụ, ở 30ºC, có thể mất khoảng 20 ngày để nạp lại thiết bị sinh học).

- Phân hủy kỵ khí

Phân hủy kỵ khí. Nguồn: Tilley, E., Ulrich, L., Lüthi, C., Reymond, Ph., Zurbrügg, C.

Vi khuẩn hoạt động trong quá trình đòi hỏi điều kiện môi trường thích hợp như không có không khí, nhiệt độ trên 20 ° C (lý tưởng là 30-35 ° C) và môi trường không có tính axit cao. Trong những điều kiện này, ba giai đoạn phát triển:

Thủy phân

Vi khuẩn thủy phân hoạt động trong quá trình này tiết ra các enzym ngoại bào. Do đó, các chuỗi phức hợp của carbohydrate, protein và lipid bị phá vỡ thành các phần hòa tan nhỏ hơn (đường, axit amin và chất béo).

Giai đoạn axit hóa hoặc lên men

Các hợp chất hòa tan của giai đoạn trước được lên men thành axit béo dễ bay hơi, rượu, hydro và CO2.

Acetanogenesis

Vi khuẩn acetogenic đóng vai trò oxy hóa các axit hữu cơ như một nguồn cacbon. Chúng tạo ra axit axetic (CH3COOH), hydro (H2) và carbon dioxide (CO2) và mùi khó chịu được tạo ra do sự hiện diện của hydro sunfua.

Sự hình thành mêtan hoặc giai đoạn sinh metan

Trong giai đoạn cuối, vi khuẩn sinh metan hoạt động phân hủy các sản phẩm của quá trình tạo acetanogenes, tạo ra khí metan. Trong tự nhiên những vi khuẩn này hoạt động trong đầm lầy, môi trường nước và trong dạ dày của động vật nhai lại.

Vào cuối giai đoạn này, hỗn hợp chứa metan (45 đến 55%), carbon dioxide (40 đến 50%), nitơ (2 đến 3%) và hydro sulfua (1,5 đến 2%).

- Xả từ thiết bị định vị sinh học

Tỷ lệ sản xuất khí sinh học và phân bón phụ thuộc vào loại bể sinh học, chất hữu cơ cung cấp cho nó và nhiệt độ. Khí sinh học tích tụ ở phần trên của bể sinh học và được trích xuất qua các đường ống đến bể chứa.

Khi quá trình lên men kết thúc, bùn (hỗn hợp chất rắn và chất lỏng) được chiết xuất qua các đường ống. Sự phóng điện được tạo ra bởi nguyên tắc của các mạch thông nhau, nghĩa là khi tải vật liệu mới, áp suất làm cho phần dư đi ra từ phía đối diện.

Tỷ lệ giữa lượng nguyên liệu đưa vào (chất thải hữu cơ và nước) và sản phẩm đầu ra (biosol và biol) gần như là 1: 0,9. Điều này tương đương với năng suất 90%, trong đó tỷ lệ cao nhất tương ứng với biol (chất lỏng).

- Biogas: thanh lọc

Khí sinh ra phải được làm sạch để loại bỏ hoặc giảm hàm lượng hydro sunfua và nước sử dụng bẫy để bẫy cả hai hợp chất. Điều này là cần thiết để giảm nguy cơ hư hỏng thiết bị do khả năng ăn mòn của các thành phần này.

Bẫy nước

Nước được khí sinh học mang đi sẽ kết tủa khi đường ống mở ra một không gian lớn hơn và khí tiếp tục qua một chỗ thắt khác. Đường ống này kết thúc trong một thùng chứa lớn và kín để chứa nước sau đó được rút ra bằng vòi xả ở phần dưới.

Bẫy Hydro Sulfide

Quy trình tách hydro sunfua từ khí sinh học tương tự như bẫy nước, nhưng bẫy được gắn trong đường đi của đường ống phải chứa vụn sắt hoặc bọt biển. Khi khí sinh học đi qua lớp sắt, hydrogen sulfide phản ứng với nó và kết tủa.

- Phân bón: tách và ủ

Hỗn hợp biosol và biol trải qua quá trình gạn lọc để tách cả hai thành phần. Biosol có thể được sử dụng một mình hoặc theo quy trình trộn với phân trộn để sử dụng sau này làm phân bón rắn.

Biol được sử dụng như một loại phân bón lá dạng lỏng hoặc thêm vào nước tưới, rất hữu ích trong hệ thống thủy canh.

Các loại

Sản xuất khí sinh học ở Đức. Nguồn: Volker Thies (Asdrubal)

Biodigesters được phân loại theo chu kỳ tải và hình dạng cấu trúc của chúng. Do tần suất tải của nó, chúng tôi có:

- Không liên tục

Hệ thống không liên tục hoặc theo lô bao gồm một bể kín khí được nạp đầy và không được nạp lại cho đến khi nó ngừng sản xuất khí sinh học. Khí tích tụ trong một bộ thu nổi gắn trên đỉnh bình (đồng hồ đo khí).

Loại bể lắng sinh học này được sử dụng khi lượng rác hữu cơ có sẵn không liên tục.

- Bán liên tục

Không giống như hệ thống không liên tục, việc nạp và dỡ hàng được thực hiện vào những thời điểm nhất định trong quá trình sản xuất khí sinh học. Theo hệ thống xây dựng của nó, có ba loại cơ bản:

Biodigester bóng bay hoặc xúc xích

Nó còn được gọi là Đài Loan và bao gồm một hố lót bằng bê tông phẳng, nơi đặt một túi hoặc xi lanh polyetylen. Các kết nối để đi vào chất thải hữu cơ và lối ra của khí sinh học phải được lắp đặt trong túi này.

Xylanh chứa đầy nước và không khí và sau đó chất thải hữu cơ sẽ được thêm vào.

Cố định bộ định vị sinh học mái vòm

Nó được gọi là bể sinh học Trung Quốc và bao gồm một bể ngầm được xây bằng gạch hoặc bê tông. Bể là một hình trụ đứng, hai đầu lồi hoặc tròn và có hệ thống xếp dỡ.

Khí sinh học tích tụ trong một không gian được thiết lập cho mục đích này dưới mái vòm phía trên. Bể sinh học hoạt động với áp suất khí sinh học thay đổi tùy theo sản lượng của nó.

Bể sinh học mái vòm nổi

Được gọi là bể chứa sinh học Hindu, nó bao gồm một bể hình trụ dưới lòng đất với hệ thống xếp dỡ. Nó được xây bằng gạch hoặc bê tông và ở phần trên của nó có một bể nổi (khí kế), trong đó khí sinh học được tích tụ.

Thiết bị đo khí bằng sợi thủy tinh bằng thép không gỉ hoặc phủ nhựa nổi lên trên hỗn hợp nhờ khí sinh học tích tụ. Nó có lợi thế là nó duy trì một áp suất khí không đổi.

Sau đó, khí kế sẽ lên xuống tùy thuộc vào mức độ của hỗn hợp và lượng khí sinh học. Do đó, nó cần phải có ray bên hoặc thanh dẫn hướng trung tâm để tránh ma sát với thành.

- Tiếp diễn

Trong trường hợp này, việc nạp và dỡ bể chứa sinh học là một quá trình liên tục, đòi hỏi phải có chất thải hữu cơ thường xuyên. Chúng là các hệ thống công nghiệp lớn thường được sử dụng để xử lý nước thải cộng đồng.

Đối với điều này, hệ thống bể thu gom, máy bơm để chuyển đến thiết bị khử trùng sinh học và chiết xuất phân bón được sử dụng. Khí sinh học được đưa vào một hệ thống lọc và được phân phối bằng cách nén để đảm bảo phân phối đến người sử dụng.

Lợi thế

Tái chế và ô nhiễm

Việc lắp đặt thiết bị phân tích sinh học cho phép tái chế chất thải hữu cơ, do đó giảm ô nhiễm môi trường và thu được các sản phẩm hữu ích. Đối với khu vực nông thôn, việc quản lý phân gia súc trong hệ thống chăn nuôi là đặc biệt quan trọng.

Thu được khí sinh học

Khí sinh học đại diện cho một nguồn năng lượng hiệu quả và tiết kiệm, chủ yếu ở những khu vực không có sẵn các nguồn năng lượng khác. Ở các vùng nông thôn của các nước suy giảm kinh tế, việc nấu nướng được thực hiện bằng củi, điều này ảnh hưởng đến môi trường.

Sự sẵn có của khí sinh học có thể giúp giảm nhu cầu về củi và do đó có tác động tích cực đến việc bảo tồn đa dạng sinh học.

Sản xuất phân bón

Bằng chất thử sinh học, người ta thu được phân hữu cơ rắn (biosol) và lỏng (biol). Các loại phân bón này có tác động môi trường thấp hơn và giảm chi phí sản xuất nông nghiệp.

Sức khỏe

Bằng cách cho phép quản lý hợp lý chất thải hữu cơ, các rủi ro mà chúng gây ra cho sức khỏe được giảm thiểu. Người ta đã xác định được rằng 85% mầm bệnh không tồn tại trong quá trình phân hủy sinh học.

Ví dụ, Coliforms trong phân ở 35 ° C giảm 50-70% và nấm giảm 95% trong 24 giờ. Do đó, là một quy trình khép kín, mùi hôi được giảm thiểu.

Nhược điểm

Nước có sẵn

Hệ thống này đòi hỏi sự sẵn có của nước, vì cần có hỗn hợp. Mặt khác, bể ủ sinh học phải gần nguồn nguyên liệu và nơi tiêu thụ khí sinh học.

Nhiệt độ

Thiết bị phân tích sinh học phải duy trì nhiệt độ ổn định gần 35 ° C và trong phạm vi từ 20 đến 60 ° C. Do đó, có thể cần một nguồn nhiệt bên ngoài.

Sản phẩm phụ có hại

Nó có thể tạo ra hydrogen sulfide (H2S), chất độc và ăn mòn, và siloxene có nguồn gốc từ silicone có trong các sản phẩm mỹ phẩm và trong hỗn hợp chất thải hữu cơ. Các siloxene này tạo ra SiO2 (silicon dioxide), là chất mài mòn cho máy móc và linh kiện.

Sự hiện diện và nồng độ của các sản phẩm phụ này phụ thuộc vào nguyên liệu thô được sử dụng, tỷ lệ nước và chất nền rắn, trong số các yếu tố khác.

Tích tụ chất thải

Cần phải tích tụ chất thải gần bể sinh học, kéo theo các vấn đề về hậu cần và vệ sinh phải được giải quyết.

Rủi ro nổ

Vì nó là một hệ thống tạo khí đốt nhiên liệu, nên nó tiềm ẩn một nguy cơ nổ nhất định nếu không thực hiện các biện pháp phòng ngừa thích hợp.

Chi phí

Mặc dù việc bảo trì và vận hành bể sinh học tương đối rẻ nhưng chi phí lắp đặt và xây dựng ban đầu có thể tương đối cao.

Cách làm thiết bị định vị sinh học tự chế

Thiết bị định vị sinh học tại nhà. Nguồn: Kevinsooryan

Một thiết bị phân tích sinh học yêu cầu như các yếu tố cơ bản và một bể chứa để lên men, nạp và dỡ đường ống với các nút chặn tương ứng. Hơn nữa, các bể chứa khí sinh học và phân bón là cần thiết.

Điều quan trọng cần lưu ý là toàn bộ hệ thống phải kín gió để tránh rò rỉ khí gas. Hơn nữa, hệ thống nên được xây dựng bằng vật liệu không gỉ như PVC hoặc thép không gỉ để tránh bị hư hại bởi nước và hydro sunfua.

- Bể lên men

Có thể sử dụng thùng hoặc bồn nhựa có dung tích tùy thuộc vào lượng chất thải hữu cơ cần xử lý. Bể này phải có nắp kín, nếu không, nắp phải được dán kín bằng keo nhựa chịu nhiệt cao.

Bể chứa phải có bốn lỗ và tất cả các thiết bị lắp đặt trong chúng phải được bịt kín bằng silicone nhiệt độ cao.

Đang tải bìa

Lỗ này ở chính giữa nắp bể, nó phải dài ít nhất 4 inch và phải lắp phích cắm vệ sinh có ren. Phích cắm này sẽ được kết nối với một ống PVC 4 inch sẽ đi vào bể theo phương thẳng đứng lên đến 10 cm trước đáy.

Lối vào này sẽ phục vụ cho việc tải các chất thải hữu cơ đã được băm hoặc vụn trước đó.

Lỗ thoát nước thải 1

Điều quan trọng cần nhớ là 25% không gian bể phải được để trống để tích tụ khí, vì vậy một lỗ phải được mở ở bên cạnh ở mức đó. Trong lỗ này, một bộ chuyển đổi bể chứa với một đoạn ống PVC dài 2 inch dài 15 cm sẽ được lắp đặt với một khóa vòi.

Chức năng của cống này là cho phép biol nổi phía trên thoát ra sau khi bể được nạp lại qua nắp nạp. Biol phải được bảo quản trong các thùng chứa thích hợp để sử dụng sau này.

Lỗ thoát nước thải 2

Nước xả thứ hai này phải đi xuống đáy bể để chiết xuất phần đặc nhất của sản phẩm lên men (biosol). Tương tự như vậy, một đoạn ống nhựa PVC dài 2 inch dài 15 cm có khóa vòi sẽ được sử dụng.

Cửa xả khí sinh học

Một lỗ 1/2 inch sẽ được khoét trên đỉnh bể để lắp đặt ống PVC có đường kính bằng nhau bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi bể. Đường ống này sẽ có một khóa ở đầu ra.

- Hệ thống lọc và đầu ra khí sinh học

Ống thoát khí sinh học phải dài ít nhất 1,5 m để đưa hệ thống khai thác nước và hydro sunfua vào đường dẫn của nó. Sau đó, ống này có thể được kéo dài nếu cần thiết để chuyển khí đến vị trí lưu trữ hoặc sử dụng của nó.

Khai thác nước

Để lấy nước ra khỏi đầu ra, phải ngắt đường ống cách 30 cm để chèn thùng nhựa hoặc thủy tinh có nắp kín. Ống chuyển khí phải có một đường dẫn qua một kết nối T để khí có thể xâm nhập vào bình chứa.

Bằng cách này, khí sẽ lấp đầy bình chứa, nước ngưng tụ và khí tiếp tục đi qua đường ống.

Chiết xuất hydro sunfua

Sau bẫy nước, đoạn ống 4 inch được chèn vào 30 cm tiếp theo bằng các giảm tương ứng. Phân đoạn này nên được lấp đầy bằng phoi sắt hoặc bọt biển kim loại thương mại.

Hydro sulfua sẽ phản ứng với kim loại và kết tủa, trong khi khí sinh học sẽ tiếp tục hành trình đến thùng chứa hoặc nơi sử dụng.

Người giới thiệu

1. Aparcana-Robles S và Jansen A (2008). Nghiên cứu giá trị bón của các sản phẩm của quá trình lên men kỵ khí để sản xuất khí sinh học. Germna ProfEC. 10 p.
2. Corona-Zúñiga I (2007). Dấu hiệu sinh học. Chuyên khảo. Viện Khoa học Cơ bản và Kỹ thuật, Đại học Tự trị của Bang Hidalgo. Mineral de la Reforma, Hidalgo, Mexico. 64 tr.
3. Manyi-Loh C, Mamphweli S, Meyer E, Okoh A, Makaka G và Simon M (2013). Tiêu hóa kỵ khí bằng vi sinh vật (Bio-Digesters) như một phương pháp tiếp cận để khử nhiễm chất thải động vật trong kiểm soát ô nhiễm và tạo ra năng lượng tái tạo. Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Môi trường và Sức khỏe Cộng đồng 10: 4390–4417.
4. Olaya-Arboleda Y và González-Salcedo LO (2009). Các nguyên tắc cơ bản để thiết kế máy hút máu sinh học. Học phần môn học Công trình nông nghiệp. Khoa Kỹ thuật và Quản trị, Đại học Quốc gia Colombia, trụ sở chính tại Palmira. Palmira, Colombia. 31 tr.
5. Pérez-Medel JA (2010). Nghiên cứu thiết kế máy phân tích sinh học ứng dụng cho nông hộ nhỏ và chăn nuôi bò sữa. Ký ức. Bộ môn Cơ khí, Khoa Khoa học Vật lý và Toán học, Đại học Chile. Santiago de Chile, Chile. 77 tr.
6. Yen-Phi VT, Clemens J, Rechenburg A, Vinneras B, Lenßen C and Kistemann T (2009). Tác dụng vệ sinh và tạo khí của thiết bị phân hủy sinh học bằng nhựa trong điều kiện nhiệt đới. Tạp chí Nước và Sức khỏe 7: 590–596.