Hầm biogas (hầm khí sinh học) là một bể kín không có không khí, trong đó vi sinh vật phân giải phân heo (lợn) và chất hữu cơ thành hỗn hợp khí chủ yếu là mêtan và CO₂. Mêtan cháy được, cho ngọn lửa xanh dùng để nấu ăn, thắp sáng, sưởi, chạy máy phát. Phần bã và nước còn lại chảy ra khỏi hầm đã bớt mùi và bớt chất hữu cơ, nhưng chưa sạch hẳn. Hiểu hầm "sống" nhờ vi sinh là chìa khoá để vận hành đúng: thứ gì giết vi sinh thì giết luôn hầm.
Bốn chặng phân giải bên trong hầm
Không phải một loài vi sinh làm hết. Phân đi qua một dây chuyền nhiều nhóm vi sinh vật nối tiếp nhau, mỗi nhóm "ăn" sản phẩm của nhóm trước:
- Thuỷ phân: vi khuẩn cắt các chất phức tạp như xơ, tinh bột, đạm, mỡ thành phân tử nhỏ hơn như đường, axit amin, axit béo.
- Axit hoá: các phân tử nhỏ được lên men thành axit hữu cơ dễ bay hơi, cồn, hydro, CO₂.
- Axetat hoá: axit hữu cơ được chuyển tiếp thành axit axetic, hydro và CO₂.
- Mêtan hoá: nhóm vi sinh tạo mêtan (thuộc nhóm cổ khuẩn) dùng axit axetic hoặc hydro với CO₂ để tạo ra mêtan.
Ba chặng đầu diễn ra khá nhanh và chịu được nhiều điều kiện. Chặng cuối chậm nhất và "khó tính" nhất: nhóm vi sinh tạo mêtan nhạy với nhiệt độ, độ chua, và chết khi gặp oxy, thuốc sát trùng, kháng sinh liều cao. Khi hầm có vấn đề, thường là chặng cuối bị nghẽn: axit tích lại, hầm chua, khí ít và có mùi hôi chua.
Khí biogas gồm những gì
| Thành phần | Tỉ lệ thường gặp (tham khảo) | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Mêtan (CH₄) | khoảng 50–70% | Phần cháy được, cho năng lượng |
| CO₂ | khoảng 30–45% | Không cháy, nặng hơn không khí, làm lửa yếu nếu nhiều |
| Hydro sunfua (H₂S) | lượng nhỏ | Mùi trứng thối, rất độc, ăn mòn kim loại |
| Hơi nước, nitơ, hydro | lượng nhỏ | Hơi nước ngưng trong ống gây tắc khí |
Tỉ lệ mêtan thay đổi theo loại phân, nhiệt độ, độ ổn định của hầm. Lửa xanh đều là dấu hiệu khí tốt; lửa đỏ, vàng, chập chờn, khó bắt là khí nhiều CO₂ hoặc lẫn không khí, hoặc bếp chưa chỉnh gió.
Mêtan nhẹ hơn không khí, còn CO₂ và H₂S nặng hơn. Hệ quả rất quan trọng cho an toàn: khi hầm mở ra hoặc bị rút cạn, CO₂ và H₂S đọng dưới đáy, chỗ đó không còn đủ oxy cho người thở. Bài an toàn khí biogas trong danh mục này viết kỹ phần này.
Những yếu tố quyết định hầm sinh khí nhiều hay ít
Nhiệt độ
Nhóm vi sinh trong hầm nông hộ thường hoạt động tốt ở khoảng nhiệt ấm, quanh 30–35 °C. Nhiệt độ trong hầm phụ thuộc nhiệt đất và không khí xung quanh. Vì vậy ở miền Nam và miền Trung, hầm sinh khí khá đều quanh năm; ở miền Bắc, mùa đông khí giảm rõ, có khi chỉ còn một phần so với mùa hè. Hầm chôn sâu, có lớp đất phủ dày, không bị nước ngầm lạnh bao quanh thì ổn định hơn.
Thời gian lưu
Phân cần nằm trong hầm đủ lâu để vi sinh phân giải. Thời gian lưu là thể tích phần chứa dịch của hầm chia cho lượng nạp mỗi ngày. Hầm nhỏ mà nạp nhiều, nhất là nạp nhiều nước, thì phân chảy ra khi chưa kịp phân giải: khí ít, nước ra đen, hôi. Ở vùng ấm, tài liệu khuyến nông thường thiết kế thời gian lưu vào khoảng vài chục ngày; vùng lạnh cần lâu hơn. Đây là lý do kích thước hầm phải tính theo cả lượng phân lẫn lượng nước.
Tỉ lệ phân và nước
Phân quá đặc thì khó chảy, dễ đóng váng, tắc. Quá loãng thì ít chất để sinh khí và hầm quá tải về nước. Hầm phân heo nông hộ thường được hướng dẫn pha loãng ở một khoảng nhất định; bài vận hành hầm có phần này.
Độ chua
Hầm khoẻ có độ pH gần trung tính. Khi nạp quá nhiều thứ dễ lên men (như cám, thức ăn thừa nhiều tinh bột) trong một lúc, axit sinh ra nhanh hơn khả năng tiêu thụ của nhóm tạo mêtan, hầm bị chua và "chết" dần.
Chất độc với vi sinh
Thuốc sát trùng, nước vôi đặc, xà phòng, chất tẩy rửa, kháng sinh liều cao từ nước uống của heo bệnh, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu đều có thể làm hầm giảm khí hoặc ngừng hẳn. Nước rửa chuồng sau khi sát trùng nên được tách riêng, không cho vào hầm.
Hầm làm được gì và không làm được gì
| Làm được | Không làm được |
|---|---|
| Giảm mùi hôi rõ rệt so với để phân ngoài trời | Biến nước thải thành nước sạch xả được ra kênh |
| Giảm một phần chất hữu cơ và mầm bệnh | Diệt hết mầm bệnh, trứng giun sán |
| Sinh khí đốt thay củi, gas | Hấp thụ lượng nước rửa không giới hạn |
| Giữ mêtan lại thay vì bay ra không khí | Xử lý chất thải khi heo nhiễm bệnh dịch phải khai báo — việc đó theo hướng dẫn thú y |
| Cho ra phụ phẩm dùng làm phân bón sau xử lý tiếp | Chạy tốt khi bỏ mặc, không ai trông |
Nhiều người tin "có hầm biogas là xong chuyện chất thải". Thực tế nước ra khỏi hầm vẫn cần ao lắng và dùng lại hợp lý, như bài ao lắng trong danh mục này mô tả.
Bên ngoài hầm: những bộ phận người nuôi nhìn thấy
- Bể nạp (ống nạp): nơi phân và nước đổ vào, thường nối trực tiếp với rãnh chuồng.
- Thân hầm (bể phân giải): phần kín dưới đất, nơi phân giải diễn ra.
- Phần chứa khí: vòm trên của hầm nắp cố định, hoặc túi phồng của hầm túi nhựa.
- Bể điều áp, bể xả: nơi dịch thải chảy ra, cũng giúp điều chỉnh áp suất khí ở hầm nắp cố định.
- Ống dẫn khí, van, bẫy nước, đồng hồ áp: đưa khí tới bếp, đèn, máy phát.
Mỗi kiểu hầm sắp xếp các bộ phận này hơi khác. Bài chọn loại hầm biogas so sánh các kiểu phổ biến ở Việt Nam.
Bắt tay làm: đọc sức khoẻ hầm qua năm dấu hiệu
- Màu lửa: xanh đều là tốt; đỏ vàng, chập chờn là cần xem lại.
- Áp suất: nhìn đồng hồ áp hoặc độ phồng túi vào cùng một giờ mỗi ngày; ghi vào sổ.
- Mùi nước ra: hầm khoẻ cho nước ra ít hôi; mùi chua gắt là dấu hiệu hầm bị chua.
- Bọt, váng ở bể xả: váng dày là phân nổi, khí không thoát được.
- Lượng nạp: ghi số heo, số lần rửa chuồng; khí giảm sau khi tăng đàn hoặc rửa nhiều là hầm quá tải.
Khi hầm có vấn đề, bài hầm yếu khí, mất khí trong danh mục này đi lần lượt từng nguyên nhân. Mọi việc kiểm tra đều làm từ trên mặt đất, không ai xuống hầm.
Học thêm ở đâu
Chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam (hợp tác giữa Bộ Nông nghiệp và tổ chức SNV Hà Lan) có nhiều tài liệu phổ biến kiến thức và đã đào tạo thợ xây hầm, kỹ thuật viên ở nhiều tỉnh. Trung tâm Khuyến nông tỉnh thường giữ danh sách thợ có chứng chỉ và tổ chức lớp vận hành hầm. FAO cũng có tài liệu về khí sinh học quy mô nông hộ cho các nước nhiệt đới. Muốn hiểu sâu phần vi sinh, giáo trình xử lý chất thải chăn nuôi của các trường đại học nông nghiệp là nguồn tốt.
Câu hỏi thường gặp
Hầm biogas tạo ra khí bằng cách nào?
Vi sinh vật trong bể kín không có không khí phân giải phân và chất hữu cơ qua nhiều chặng, chặng cuối do nhóm vi sinh tạo mêtan đảm nhận. Kết quả là hỗn hợp khí chủ yếu là mêtan và CO₂, trong đó mêtan cháy được.
Khí biogas gồm những gì?
Thường khoảng 50–70% mêtan, 30–45% CO₂, một lượng nhỏ hydro sunfua, hơi nước và vài khí khác. Mêtan là phần cháy được; H₂S có mùi trứng thối, độc và ăn mòn kim loại.
Vì sao mùa đông hầm biogas ít khí?
Vi sinh tạo mêtan hoạt động tốt ở nhiệt ấm, quanh 30–35 °C. Mùa đông miền Bắc đất và không khí lạnh làm nhiệt trong hầm giảm, vi sinh hoạt động chậm nên khí ít đi rõ.
Nước ra từ hầm biogas đã sạch chưa?
Chưa. Hầm giảm mùi và giảm một phần chất hữu cơ, mầm bệnh, nhưng nước ra vẫn còn nhiều đạm, lân, chất hữu cơ và có thể còn trứng giun sán. Cần qua ao lắng và dùng lại hợp lý, không xả thẳng ra kênh.
Có đổ thuốc sát trùng vào hầm biogas được không?
Không. Thuốc sát trùng, nước vôi đặc, xà phòng, chất tẩy và kháng sinh liều cao giết vi sinh trong hầm, làm khí giảm hoặc ngừng. Nước rửa chuồng sau khi sát trùng nên được tách riêng.
