Phương pháp thi công hầm biogas

Phương pháp thi công hầm biogas

Phương pháp thi công hầm biogas bằng màng chống thấm HDPE là việc sử dụng bạt HDPE để lót và phủ hồ chứa nước thải theo nguyên lý sinh vật phân hủy trong môi trường kín khí.

Khí sinh ra là các chất: nito (N2), H2S và CH4 (60%), ngoài ra còn một số chất như O2, CO…

Mô hình thiết kế hầm biogas bể lắng

Mô hình thiết kế hầm biogas bể lắng

Báo giá thi công hầm biogas bằng bạt HDPE

Stt Hạng mục
Phương pháp
Giá /m2
3 Giá hàn màng HDPE hầm biogas Hàn nhiệt, hàn đùn, kiểm tra khí. Hàn bạt kín khí, van đóng mở, đường dẫn khí. 4.500
4 Giá nhân công trải bạt HDPE hầm biogas Lao động phổ thông và máy móc thiết bị phụ trợ. Nhân công trải màng, gia công cắt màng chống thấm 3.000

Đơn giá tạm tính theo khối lượng 5000m2

Công nghệ xử lý chất thải gồm 2 loại chất thải chính là rác thải sinh hoạt, chăn nuôi và chất thải đô thị, công nghiệp.

Rác thải đô thị, rác thải công nghiệp

Chủ yếu dùng phương pháp chôn lấp theo đó sử dụng màng HDPE để lót các hố chôn lấp và che phủ chúng. Bạt HDPE có tác dụng ngăn không cho nước rác thoát ra môi trường bên ngoài gây ô nhiễm nguồn nước, không khí.

Đối với việc xử lý nước thải chăn nuôi đang dần chuyển sang phương pháp xử lý bằng hầm biogas cả gồm hầm biogas composite lẫn hầm biogas bằng lót phủ bạt HDPE

Nếu quy mô trang trại lớn, lượng chất thải nhiều thì công trình xử lý chất thải bằng hầm ém khí (biogas) với bạt HDPE dễ lắp đặt thi công và xử lý nước thải chăn nuôi đạt hiệu quả tốt mà còn có giá thành phù hợp.

Hầm biogas phủ bạt HDPE sử dụng để xử lý nước thải một cách có hiệu quả cho các nhà máy chế biến tinh bột sắn, xí nghiệp giết mổ gia súc, gia cầm, nhà máy chế biến thực phẩm v.v.

Các ưu và nhược điểm chính của công nghệ hồ phủ bạt HDPE:

Ưu điểm của bạt HDPE

  • Chi phí đầu tư cho màng chống thấm HDPE thấp hơn so với công trình xây bằng gạch hoặc bê tông có cùng thể tích;
  • Có thể thiết kế một cách linh hoạt với thể tích khác nhau phù hợp với qui mô chăn nuôi của từng trang trại;
  • Độ bền của bạt HDPE trong điều kiện nhiệt đới kéo dài 20-25 năm;
  • Thi công đơn giản, xây dựng nhanh;
  • Vận hành, bảo dưỡng đơn giản.

Nhược điểm màng HDPE

  • Chiếm diện tích mặt bằng lớn;
  • Bạt HDPE dễ bị rách khi gặp lửa, hoặc cây cối lớn đổ vào;
  • Năng suất sinh khí thấp

Phương pháp tính toán thể tích hồ biogas bạt HDPE

Thông số thiết kế

Từ quy mô số lượng vật nuôi và loại vật nuôi tính ra được khối lượng chất thải hàng ngày của trang trại.

Từ thời gian lưu trữ chất thải cho đến khi thải ra môi trường tính ra diện tích hồ.

Từ vị trí địa lý của chuồng trại xác định được vị trí đào hồ chứa, hồ phân hủy, hồ lắng. Bố trí hệ thống dẫn nước thải một cách hợp lý để nước thải có thể dễ dàng chảy vào hồ chứa.

Định mức chất thải đối với mỗi vật nuôi

STT Loại vật nuôi Lượng chất thải/ ngày đêm
1 Trâu bò 6
2 Lợn 5
3 Dê, Cừu 4,5
4 Gia Cầm 4,5

Nguồn tài liệu: Burton, 2003; WHO, 2003; Cục Chăn nuôi, SNV, 2011;

Công thức tính chất thải do vật nuôi:

Lấy trọng lượng vật nuôi x định mức % chất thải/ ngày đêm ở bảng trên sẽ tính được lượng chất thải 1 ngày đêm của 1 vật nuôi.

Định mức nước thải

Đối với lợn: 25 – 30 lít

Đối với bò: 40 – 45 lít

Đối với dê, cừu: 15 – 20 lít

Gia cầm: 5 – 10 lít

Công thức tính tổng lượng nước thải ra

Tổng lượng nước thải ra = tổng nước sử dụng dể vệ sinh + phân và nước tiểu.

Cách đào hồ và tính độ nghiêng, độ mở mái

stt Loại đất Độ sâu hồ 1.5m Độ sâu hồ 3 m Độ sâu hồ 5m
1 Đất mượn 1 : 0,67 1 : 1,00 1 : 1,25
2 Đất cát và Cát cuội ẩm 1 : 0,50 1 : 1,00 1 : 1,00
3 Đất cát pha 1 : 0,25 1 : 0,67 1 : 0,85
4 Đất thịt 1 : 0,00 1 : 0,50 1 : 0,75
5 Đất sét 1 : 0,00 1 : 0,25 1 : 0,50
6 Đất hoàng thổ 1 : 0,00 1 : 0,50 1 : 0,50

Độ mở mái là khoảng cách giữa đỉnh mái đến chân mái theo phương ngang hay khoảng cách đỉnh mái đến đường vuông góc với chân mái.

Ví dụ: Độ sâu hồ 3m, đất cát thì áp dụng Hồ sâu 3m thì độ mở mái là 3m. Tức là thay vì đào hố thẳng đứng ta phải đào hố mái nghiêng cách vị trí giả thiết đào thẳng đứng 3m.

Thiết kế hồ biogas bạt HDPE

Thể tích hồ phủ bạt HDPE sẽ gồm hai phần chính là thể tích dịch phân giải
(Vd) và thể tích chứa khí (Vg), do đó thể tích tổng thể của hồ là:

V= Vd + Vg

Trong đó: Vd = Q x T (2-2)

Với Q là lượng nước thải của 1 trang trại (m3/ngày đêm), được tính bằng khối lượng nước thải trung bình hàng ngày của 1 tháng cao điểm sử dụng nhiều nước nhất cho việc vệ sinh chuồng trại.

T là thời gian lưu nước thải trong hồ khí sinh học

+Tổng lượng nước thải (Q) của 1 trang trại bao gồm tổng khối lượng chất
thải (phân, nước tiểu) và tổng lượng nước sử dụng làm vệ sinh chuồng trại.

Do đó Q được tính theo công thức sau:

Q = (lượng chất thải lít/con/ngày đêm + lượng nước làm vệ sinh chuồng trại lít/con/ngày đêm) x số lượng vật nuôi.

Ví dụ, 1 trại lợn nuôi 1.000 lợn thịt khối lượng nước thải hàng ngày (Q) sẽ
là : 30 lít/ngày đêm x 1.000 đầu lợn= 30.000 lít = 30 m 3 /ngày đêm
1 tháng thải ra : 30 m 3 /ngày đêm x 30 ngày = 900 m 3 /tháng

+ Thời gian lưu nước thải trong hồ (T)

Để tiêu diệt được các loài vi trùng hiếu khí gây bệnh và trứng giun sán, cũng như phân giải được 80-85% chất hữu cơ trong nước thải, người ta đã xác định rằng nước thải cần được lưu lại trong hồ khí sinh học 1 thời gian nhất định. Thời gian đó được gọi là T (ngày) và được giới thiệu trong bảng 3. Nếu nhiệt độ môi trường càng cao thời gian cần lưu nước thải trong hồ biogas càng ngắn

Loại vùng  Nhiệt độ trong mùa đông ( 0 C) Thời gian lưu nước thải (ngày)
Vùng có mùa đông lạnh 10-15 55
Vùng có mùa đông hơi lạnh 15-20 40
Vùng có mùa đông ấm áp Trên 20 30

Như vậy tùy theo nhiệt độ các vùng mà người ta tính thể tích phân giải (V d ) cho phù hợp. Ở vùng càng lạnh thể tích phần phân giải càng cần lớn hơn.

Theo khuyến cáo được giới thiệu trong tiêu chuẩn hồ KSH phủ bạt HDPE của Tổ chức Bảo tồn Tài nguyên Thiên nhiên của Mỹ (2003) thì kích thước
hồ phủ bạt cần đạt các chiều đo như sau: Chiều dài tối thiểu cần bằng 4 lần chiều rộng, chiều sâu tối đa không vượt qua 6 m. Cấu trúc như vậy sẽ tạo điều kiện cho chất thải di chuyển theo chiều dọc hồ KSH và chất thải sẽ được phân giải hiệu quả nhất. Ngoài ra chiều rộng của bờ hồ cần đạt 3- 5 m và được đầm nén vững chắc.

Thí dụ đối với trang trại 1.000 lợn thịt ở đồng bằng Sông Hồng nêu ở trên có thể tích phân giải 1.200m 3 ; Nếu chiều sâu của hồ KSH là 6 m thì :

  • Chiều rộng thông thủy của mặt hồ KSH: R ≈ 11 m
  • Chiều dài thông thủy của mặt hồ KSH: D ≈ 45,5 m V g ≈ 11 m x 45,5 m x 0,6 m x 2 x 120% ≈ 720 m 3
  • Như vậy thể tích chứa khí sẽ chiếm 38% tổng thể tích toàn bộ hồ KSH.

Dựa vào các dữ liệu nêu trên người thiết kế sẽ tiến hành tính toán các chiều đo của hồ KSH phủ bạt cho phù hợp với điều kiện của trang trại.

Tính toán hồ lắng

Hồ lắng bao gồm hai hồ có vai trò như việc xử lý hiếu khí tự nhiên đối với nước xả của hồ KSH. Thông thường hồ lắng sẽ có thể tích chứa dịch thải bằng thể tích của hồ phủ bạt HDPE. Chiều dài của hồ ít nhất nên bằng 2 lần chiều rộng, nhưng độ sâu của hồ không quá 3,5 m, để thuận lợi cho việc tiếp xúc của không khí với nước xả (khuyến cáo của Cơ Quan Bảo tồn Nguồn lợi Thiên nhiên, Mỹ, 2003). Nước thải sau khi xử lý bằng hồ KSH và ở 2 hồ lắng, chất hữu cơ đã được phân giải 90-95% và 99% các loại vi trùng gây bệnh và trứng giun sán đã bị tiêu diệt, nước đã được xử lý có thể sử dụng cho nuôi cá hay cây trồng hoàn toàn đảm bảo an toàn (WHO 2003).

Thiết kế hệ thống phụ trợ

Hệ thống phụ trợ trong Phương pháp thi công hầm biogas bao gồm hệ thống cống thu gom nước thải, song chắn rác, bể lắng đất cát, bề điều hòa… Hệ thống cống thu gom nước thải cần có nắp đậy để chống ruồi muỗi và đất cát có thể rơi vào, đồng thời hệ thống cống phải có độ dốc trên 5% để đảm bảo nước thải dễ dàng chảy vào hồ KSH (WHO, 2003). Bể lắng đất cát thường có thể tích 0,3-0,4 m 3 , nhưng miệng dưới của ống nạp nước thải vào bể KSH cần cao hơn đáy bể 10-15 cm để cho đất cát có thể lắng đọng lại. Bể lắng cát cũng chính là bể nạp của hồ KSH. Trong bể này người ta cũng có thể đặt song chắn rác để chống các vật thể lạ như túi ni-lông, bao đựng thức ăn chăn nuôi, các mẩu củi gỗ…có thể chảy vào hồ KSH. Khoảng cách giữa các thanh trong song chắn rác được khuyến cáo là 0,5 cm (WHO 2003). Phần đất cát lắng đọng cần được loại bỏ hàng tuần.

Phương pháp thi công hầm biogas

Đối với các trang trại lớn với số lượng lợn thịt vài ba ngàn con hay lợn nái
trên 2000 con, cần thiết kế thêm bể “điều hòa”. Bể này nên có thể tích tối thiểu bằng 50% khối lượng nước thải hàng ngày của trang trại để tạo điều kiện cho chất thải rắn lắng đọng lại, sau đó dùng các công nghệ khác thu chất thải rắn lắng đọng làm phân hữu cơ. Nếu sử dụng bể “điều hòa” kết hợp với máy tách chất thải rắn, người ta có thể thu lại khoảng 60-70% tổng chất thải chăn nuôi để làm phân hữu cơ, do đó thể tích hồ KSH có thể giảm đi 60-70% mà hiệu quả xử lý vẫn tốt. Bể “điều hòa” cũng là nơi lắng đất cát lẫn vào chất thải chăn nuôi. Do đó nếu trang trại có bể “điều hòa” thì không cần xây bể lắng đất cát nữa.