Hồ biogas phủ bạt có thể thu khí từ dòng phân lỏng để tạo năng lượng, đồng thời là một phần của hệ thống xử lý chất thải. Nhưng diện tích bạt lớn không tự bảo đảm nhiều điện, và nước ra khỏi hồ không mặc nhiên đủ sạch để xả hoặc tưới.
Trước khi đầu tư, trại cần biết mỗi ngày có bao nhiêu dòng thải, bao nhiêu chất hữu cơ còn phân hủy được và năng lượng sẽ dùng ở đâu. Sau đó mới chọn kích thước, công nghệ và máy phát. Làm theo thứ tự này giúp tránh công trình lớn nhưng khí ít, hoặc có khí mà không sử dụng hiệu quả.
1. Biogas biến một phần chất hữu cơ thành khí
Trong môi trường thiếu oxy, các nhóm vi sinh vật phân giải chất hữu cơ qua nhiều bước. Sản phẩm gồm khí sinh học và phần vật liệu còn lại sau phân hủy. Khí chứa methane, carbon dioxide, hơi nước và các thành phần khác như hydrogen sulfide.[1]
Methane, ký hiệu CH4, là thành phần cung cấp năng lượng chính. Tỷ lệ không cố định 60–65% cho mọi hệ thống. Khi tính năng lượng, cần kết quả đo thành phần khí và quy đổi thể tích theo điều kiện đo rõ ràng.
Bạt HDPE là màng polyethylene mật độ cao, được dùng trong các cấu phần chống thấm hoặc thu khí theo thiết kế. Loại vật liệu, độ dày, mối hàn và kết cấu neo phải phù hợp công trình. Không chọn bạt chỉ theo đơn giá mỗi mét vuông rồi bỏ qua nền và hệ thống khí.
2. Đo dòng thải sau tách phân, không lấy số đầu bò để đoán hết
Lượng nước rửa, nước mưa lẫn vào, vật liệu lót và cách thu gom làm dòng thải khác nhau giữa các trại. Sau ép tách, một phần chất hữu cơ đã đi theo bã; phần lỏng không có tiềm năng sinh khí giống nguyên phân ban đầu.
Đo lưu lượng theo những ngày vận hành đại diện và lấy mẫu đúng cách để phân tích. Cần biết chất rắn và phần chất hữu cơ có thể phân hủy, không chỉ thể tích. Dòng nước lớn nhưng loãng có thể làm công trình tốn diện tích mà không tăng tương ứng năng lượng.
Đơn vị thiết kế phải xét nhiệt độ địa phương, tải hữu cơ, thời gian lưu, khả năng lắng và kế hoạch lấy bùn. Hồ phủ bạt là một lựa chọn cho điều kiện phù hợp, không phải thiết kế tốt nhất cho mọi loại phân và khí hậu.[2]
3. Giữ quá trình ổn định thay vì nạp càng nhiều càng tốt
Lượng và tính chất đầu vào thay đổi đột ngột có thể làm hoạt động vi sinh mất cân bằng. Cần theo dõi dòng nạp, lượng khí, thành phần khí và những chỉ tiêu vận hành do người thiết kế xác định.
Không tự đổ thêm rỉ mật, thức ăn thừa hoặc chất thải ngoài trại để tăng khí mà chưa đánh giá. Nguyên liệu mới có thể tăng tải, gây chất ức chế hoặc tạo thêm yêu cầu xử lý. Quyền tiếp nhận và trách nhiệm với dòng thải cũng cần được xem xét.
Bùn lắng và váng làm giảm thể tích hoạt động, nên phải có kế hoạch theo dõi và bảo trì. Không chờ hết khí mới nghĩ tới nạo vét. Các công việc bên trong công trình cần phương án chuyên môn, không để nhân viên tự xuống hồ.
4. Khí cần được xử lý trước khi vào động cơ
Hydrogen sulfide, ký hiệu H2S, là khí độc và có thể góp phần ăn mòn thiết bị. Hơi nước trong biogas có thể ngưng tụ trong đường ống, gây cản trở và ảnh hưởng hệ thống. Chất lượng khí phải đáp ứng yêu cầu của máy sử dụng.[3]
Công nghệ loại H2S và tách ẩm được chọn theo lưu lượng, nồng độ và đích sử dụng. Theo dõi chất lượng sau bộ xử lý để biết vật liệu lọc đã cần thay hay chưa. Một hộp lọc được lắp sẵn không có nghĩa khí luôn đạt yêu cầu.
Đường ống, bẫy nước, van, điều áp và bảo vệ phải được thiết kế đồng bộ. Không tự đưa không khí vào hệ thống khí kín hoặc tự cải tạo thiết bị theo mẹo truyền miệng. Phần khí cần người vận hành hiểu quy trình và giới hạn an toàn.[3]
5. Tính điện bằng dữ liệu, không cam kết 30–50%
Ví dụ hoàn toàn giả định: mỗi ngày có 300 mét khối biogas quy đổi, chứa 60% methane. Lượng methane là 180 mét khối. Giả sử dùng nhiệt trị khoảng 10 kWh trên một mét khối methane ở điều kiện quy đổi đã chọn, năng lượng nhiên liệu là khoảng 1.800 kWh.
Nếu hiệu suất điện giả định là 30%, điện phát thô khoảng 540 kWh mỗi ngày. Trừ 60 kWh dùng cho hệ thống, điện còn lại khoảng 480 kWh. Đây là minh họa phép tính; số thực phải dùng dữ liệu khí, hiệu suất và công tơ.
Nếu trại tiêu thụ 1.600 kWh mỗi ngày, 480 kWh tương đương 30%. Nếu tiêu thụ 3.200 kWh, tỷ lệ chỉ còn 15%. Vì thế không thể hứa một tỷ lệ cố định theo tên “biogas HDPE”. Cũng phải xét thời điểm có điện, thời điểm tải cần điện và số giờ máy dừng bảo trì.
6. Tính cả phần nhiệt, khí dư và thời gian ngừng
Động cơ có thể tạo nhiệt có khả năng thu hồi nếu thiết kế phù hợp. Tuy nhiên, chỉ tính lợi ích khi trại có nhu cầu thật, thiết bị thu hồi và sử dụng được nhiệt đó. Nhiệt thải không dùng không phải doanh thu tiết kiệm.
Khi máy phát dừng, khí vẫn có thể tiếp tục sinh ra. Cần phương án quản lý khí dư và đốt an toàn theo thiết kế. Không coi xả khí thẳng là giải pháp vận hành thường xuyên; methane thất thoát làm giảm lợi ích môi trường.
Chi phí gồm máy, dầu bôi trơn, bảo trì, vật liệu xử lý khí, công vận hành và thay thế các bộ phận. So sánh điện thực tự dùng với giá điện thực trả, không lấy toàn bộ điện phát nhân giá bán lẻ nếu có phần không sử dụng được.
7. Nước sau biogas vẫn còn dinh dưỡng và nguy cơ
Phân hủy kỵ khí không làm đạm, lân và kali biến mất. Chúng có thể thay đổi dạng hoặc phân bố giữa phần lỏng và phần lắng. Mức giảm mầm bệnh phụ thuộc điều kiện công trình; nước trong hoặc ít mùi không chứng minh an toàn.[4]
Nếu dự kiến tưới cỏ hoặc ngô, cần phân tích chất lượng và lập kế hoạch theo nhu cầu cây, đất, mùa vụ cùng yêu cầu môi trường áp dụng. Cân đối lượng nước tưới và lượng dinh dưỡng, tránh bón vượt chỉ vì có nhiều nước thải phải đưa ra đồng.
Hồ sinh học sau biogas cũng cần được thiết kế, vận hành và kiểm tra. Không xả vào mương, tưới tràn ra ngoài ranh đất hoặc cho bò tiếp cận trực tiếp dòng nước chỉ vì đã qua hồ. Với nguy cơ mầm bệnh, cần quy định cách sử dụng, thời điểm thu hoạch và kiểm soát tiếp xúc phù hợp.
8. An toàn khí phải có ngay từ lúc thiết kế
H2S có thể tích tụ tại vùng thấp và không gian kín. Không dựa vào mùi để xác định an toàn vì khả năng ngửi có thể mất khi phơi nhiễm. Người không có trang bị và quy trình không được xuống để cứu người bị ngất trong hố khí.[5]
Khoanh vùng, kiểm soát nguồn lửa, có thiết bị phát hiện và kế hoạch ứng cứu do đơn vị có năng lực xây dựng. Bạt, hồ và đường ống cần được kiểm tra rò rỉ theo phương pháp an toàn. Không thử rò bằng lửa.
Trước nghiệm thu, kiểm tra cả lượng khí, điện thực, chất lượng đầu ra và khả năng vận hành khi mất điện hoặc máy phát dừng. Một công trình phù hợp phải xử lý được dòng thải của trại và tạo lợi ích đo được, cùng chi phí và trách nhiệm vận hành rõ ràng.
Tài liệu tham khảo
- US EPA AgSTAR: Nguyên lý phân hủy kỵ khí, biogas và digestate.
- US EPA AgSTAR: Hướng dẫn thiết kế và phát triển công trình khí sinh học.
- US EPA AgSTAR: Sổ tay vận hành, xử lý khí và sử dụng năng lượng.
- Penn State: Dinh dưỡng và mầm bệnh qua quá trình phân hủy phân bò.
- OSHA: Đặc tính nguy hiểm của hydrogen sulfide.
- Oklahoma State University: Sử dụng và làm sạch biogas.
Bài mới nhất
Đang tải bài mới...
0 nhận xét:
Đăng nhận xét