Hướng dẫn của nhà cung cấp giải pháp khí sinh học

Ngành chăn nuôi gia cầm của Kazakhstan đang hiện đại hóa để giảm sự phụ thuộc vào trứng và thịt gà nhập khẩu, với các khu phức hợp tích hợp lớn hoạt động gần Almaty, Astana, Kostanay và Petropavl. Khí hậu lục địa lạnh giá có nghĩa là mùa sưởi ấm kéo dài và hóa đơn năng lượng cao, trong khi các trại gà đẻ tập trung sản xuất một lượng lớn phân gà, trước đây được sấy khô và bán làm phân bón. Hướng dẫn này phác thảo cách một dự án chuyển đổi phân gà thành biogas trọn gói — tập trung vào các bể GFS, bộ tiêu hóa CSTR và mái đôi màng — giúp các nhà điều hành gia cầm Kazakhstan biến phân gà thành nhiệt và điện tự sản xuất đồng thời tuân thủ các quy định môi trường quốc gia.

Mỗi năm, Kazakhstan nuôi hàng trăm triệu gà đẻ và gà thịt, và chương trình an ninh lương thực của đất nước tiếp tục hỗ trợ các khu phức hợp tích hợp mới ở miền bắc và miền nam. Một trang trại gà đẻ hiện đại có thể nuôi từ 50.000 đến 150.000 con, tạo ra hàng tấn phân mỗi ngày trong mùa đông dài, lạnh giá khi không thể bón phân ra đất. Trên thực tế, phần lớn phân gà được tích trữ trên mặt đất đóng băng hoặc không lót gần trang trại, sau đó được bón ra các cánh đồng ngũ cốc và thức ăn gia súc xung quanh vào mùa xuân. Theo thời gian, việc bón phân quá mức lặp đi lặp lại xung quanh các khu phức hợp lớn tạo ra sự quá tải dinh dưỡng trong đất và nước ngầm địa phương, và các đống phân không được che đậy giải phóng amoniac và mùi hôi vào các làng lân cận. Đồng thời, các trang trại Kazakhstan chi tiêu nặng nề cho khí đốt, than đá hoặc điện để giữ ấm cho các trại gà con trong sáu tháng trong năm, khiến chất thải gia cầm trở thành cả vấn đề pháp lý và chi phí năng lượng.

Chuyển đổi phân gà thành biogas biến một vấn đề xử lý theo mùa thành một nguồn năng lượng quanh năm. Khí metan thu được thay thế nhiên liệu sưởi ấm mua vào cho các trại gà, máy ấp và hoạt động giết mổ, điều này đặc biệt có giá trị trong mùa đông dài của Kazakhstan. Chất thải đã ổn định làm giảm mầm bệnh và mùi hôi, do đó giảm bớt các khiếu nại của hàng xóm và các khoản phạt theo quy định. Sau khi tách rắn-lỏng, phần sợi trở thành phân bón hữu cơ có thể bán được cho các trang trại ngũ cốc, khoai tây và rau, trong khi phần lỏng đã qua xử lý có thể được trả lại đất với tỷ lệ nông học cân bằng. Chuỗi xử lý bắt đầu tại trại gà: phân được thu gom, đi qua lưới lọc cơ học để loại bỏ lông và vật liệu lót, nghiền và loại bỏ sỏi trước khi được bơm vào bể đồng nhất hóa để cân bằng lưu lượng và nhiệt độ. Bùn đã chuẩn bị sau đó cấp vào bộ phản ứng kỵ khí, và nước thải đã tiêu hóa di chuyển qua bể đệm và bộ tách.

Bộ phản ứng khuấy trộn liên tục (CSTR) là công nghệ cốt lõi được ưa chuộng cho các khu phức hợp gia cầm có lưu lượng cao của Kazakhstan. CSTR là một quy trình xử lý kỵ khí trong đó nguyên liệu lên men và vi sinh vật được trộn lẫn hoàn toàn bên trong một bể kín, cách nhiệt. Bộ phản ứng được trang bị thiết bị khuấy cơ học — trục khuấy, cánh khuấy và bộ truyền động — giữ cho bùn gia cầm dày, giàu vật liệu lót đồng nhất, phá vỡ lớp vỏ nổi và ngăn chặn sự lắng đọng sỏi. Nguyên liệu được đưa vào bán liên tục, và ở nhiệt độ trung sinh được kiểm soát, phân và cộng đồng vi sinh vật kỵ khí duy trì trạng thái lên men được trộn đều, phân hủy hiệu quả chất hữu cơ. Vỏ CSTR cũng bao gồm cửa nạp, điểm xả bùn, đường ống dẫn khí sinh học và bộ bảo vệ áp suất dương và âm, tất cả đều được thiết kế để xử lý an toàn chất thải gia cầm giàu nitơ, có sợi trong điều kiện dao động nhiệt độ lớn.

Khí sinh học thoát ra khỏi bộ tiêu hóa nóng, bão hòa nước và chứa hydro sulfide gây ăn mòn động cơ và nồi hơi. Do đó, khí trước tiên đi qua bộ phận khử nước để loại bỏ độ ẩm, sau đó là bộ phận khử lưu huỳnh để giảm hàm lượng lưu huỳnh. Một quạt tăng áp đẩy khí đã được xử lý qua lưu lượng kế đến điểm sử dụng. Các trang trại Kazakhstan thường chọn một hoặc nhiều trong bốn con đường: máy phát điện khí sinh học sản xuất điện tại chỗ; nồi hơi đốt trực tiếp khí để sưởi ấm được sử dụng trong việc sưởi ấm và khử trùng trại gà; hệ thống đốt cháy cung cấp giải tỏa áp suất an toàn khi lượng khí sản xuất vượt quá nhu cầu; và, tại các nhà máy lớn hơn, nâng cấp lên khí tự nhiên nén với hơn 95% metan để làm nhiên liệu cho xe cộ hoặc cung cấp cho đường ống.

Bể GFS (Thủy tinh nung chảy trên thép) là bể tiêu hóa và lưu trữ được ưa chuộng cho các nhà máy biogas gia cầm của Kazakhstan. Sau khi nung ở 820°C–930°C, thủy tinh nóng chảy phản ứng với bề mặt tấm thép tạo thành một liên kết vô cơ trơ kết hợp sức mạnh và tính linh hoạt của thép với khả năng chống ăn mòn vượt trội đối với amoniac, axit và độ ẩm. Cấu trúc lớp phủ kép 2C2F áp dụng các lớp phủ nền và bề mặt riêng biệt bên trong và bên ngoài, và các tấm bể chịu được sự giãn nở và co lại nhiệt của khí hậu lục địa. Phía trên bộ tiêu hóa, mái đôi màng hoạt động như cả lớp che thời tiết và bộ giữ khí linh hoạt. So với bộ giữ khí lắp trên mặt đất riêng biệt, nó trực tiếp giảm chi phí mái, giảm diện tích nhà máy và tiết kiệm công việc nền móng — một lợi ích quan trọng tại các địa điểm trang trại xa xôi của Kazakhstan, nơi công việc bê tông tốn kém.

Center Enamel cung cấp một dòng vật liệu bể để mỗi nhiệm vụ có được bể phù hợp:

Bể thủy tinh nung chảy trên thép (GFS): bể tiêu hóa, bể đệm và bể nước rỉ hàng đầu với hệ thống phủ kép 2C2F và chứng nhận toàn cầu.

Bể thép mạ kẽm: cung cấp lớp phủ bảo vệ cứng, chống mài mòn, bền bỉ cho việc thu gom nước và cân bằng chung.

Bể Epoxy liên kết nóng chảy: được phát triển với nhà lãnh đạo lớp phủ toàn cầu để chống ăn mòn cân bằng trên các dòng chảy có tải trọng vừa phải.

Bể thép không gỉ: các bể AISI 304/316 dành riêng cho nước có độ tinh khiết cao và các dòng chảy có tải trọng ăn mòn nhất.

Một dự án biogas trọn gói phụ thuộc vào phần cứng hỗ trợ cũng như bộ phản ứng:

Bộ giữ khí làm đệm dòng khí giữa đầu ra bộ phản ứng và nhu cầu của động cơ hoặc nồi hơi.

Màng đen che phủ các hồ chứa nước thải và hồ đánh bóng, ngăn chặn khí thải thoát ra ngoài.

Bộ tách rắn-lỏng tạo ra phân bón hữu cơ dạng sợi và dòng chảy lỏng có thể quản lý được.

Hệ thống đốt xử lý an toàn khí khởi động hoặc khí dư thừa trong quá trình bảo trì.

Bơm nâng vận chuyển phân và bùn giữa bể đồng nhất hóa, bộ phản ứng và bể đệm mà không bị tắc nghẽn.

Bể khử nước và khử lưu huỳnh xử lý khí sinh học thô trước khi đến động cơ.

Máy tách bùn trục vít giảm thể tích bùn để vận chuyển và bón phân ra đất với chi phí thấp hơn.

Center Enamel cung cấp dịch vụ trọn gói hoàn chỉnh thay vì thiết bị riêng lẻ:

Dịch vụ EPC: một đối tác chịu trách nhiệm từ thiết kế quy trình đến giám sát lắp đặt và vận hành.

Gói quy trình: tiền xử lý cân bằng, CSTR, xử lý khí và xử lý chất thải được định cỡ theo lượng phân hàng ngày.

Cung cấp thiết bị: bể GFS, mái đôi màng, bộ giữ khí, bộ tách, bơm và máy tách nước trên một lịch trình giao hàng duy nhất.

Xây dựng được chứng nhận: sản xuất theo tiêu chuẩn ISO 9001, với các tham chiếu CE/EN1090, NSF61, WRAS và EN28765 và thiết kế phù hợp với AWWA D103, OSHA, EN28765 và EuroCode.

Quy mô đã được chứng minh: cơ sở R&D và sản xuất 150.000 m², công suất 250.000 tấm mỗi năm, hơn 500 nhân viên và có tham chiếu tại hơn 100 quốc gia.

Kinh nghiệm khí hậu lạnh: chi tiết cách nhiệt, sưởi ấm và nền móng được điều chỉnh cho mùa đông dài, khắc nghiệt ở Trung Á.

Ngành chăn nuôi gia cầm của Kazakhstan đang đối mặt với hai áp lực cùng lúc: phân gà tập trung không thể bón ra đất an toàn quanh năm, và nhiên liệu sưởi ấm đắt đỏ trong mùa đông dài. Một nhà máy chuyển đổi phân gà thành biogas trọn gói được xây dựng trên bể GFS, bộ tiêu hóa CSTR và mái đôi màng giải quyết cả hai vấn đề cùng lúc — sản xuất nhiệt và điện tại chỗ, tái chế dinh dưỡng trở lại đất nông nghiệp, và giảm mùi hôi và ô nhiễm nước. Với một nhà cung cấp giải pháp biogas có kinh nghiệm, các nhà tích hợp Kazakhstan có thể biến dòng chất thải lớn nhất của họ thành một tài sản năng lượng chiến lược.

Q1: Bộ tiêu hóa CSTR có thể chịu được nhiệt độ lạnh đến mức nào mà không cần nhiệt bên ngoài? 

Một bộ tiêu hóa không được sưởi ấm sẽ chậm lại gần như dừng lại dưới khoảng 15°C. Trong khí hậu lạnh, bộ phản ứng phải được cách nhiệt và sưởi ấm đến phạm vi trung sinh, thường là 35 ± 2°C, sử dụng khí sinh học từ chính nhà máy khi nó hoạt động.

Q2: Phân gà có thể được đồng tiêu hóa với các chất thải nông nghiệp khác không? 

Có. Phân gà thường được trộn với chất thải cây trồng, bã bia hoặc phân gia súc khác để cân bằng tỷ lệ carbon-nitơ, độ ẩm và sản lượng khí sinh học. Hàm lượng nitơ cao của phân gà làm cho nó trở thành một chất nền đồng tốt cho các nguyên liệu giàu carbon.

Q3: Điều gì xảy ra với chất thải đã tiêu hóa trong những tháng đóng băng? 

Chất thải lỏng đã tiêu hóa nên được lưu trữ trong các bể hoặc hồ lót, có mái che (thường được che bằng màng đen) cho đến khi tan băng, sau đó được bón vào mùa xuân với tỷ lệ nông học. Chất thải rắn dạng sợi có thể được tích trữ dưới mái che và sử dụng làm chất cải tạo đất quanh năm.