1. Hố xí tự hoại - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

Bể tự hoại (còn gọi là bể phốt) đầu tiên xuất hiện ở Pháp vào năm 1860, do kỹ sư Fosse Mouras phát minh ra, cho đến nay được phổ biến khắp thế giới và vào Việt Nam từ thời Pháp thuộc.

  Hố xí tự hoại có loại 3 ngăn, nhưng sau này người ta “cải tiến” chỉ còn lại 2 ngăn. Loại 3 ngăn gồm có: ngăn chứa, ngăn lọc và ngăn lắng. Loại 3 ngăn tốt hơn loại 2 ngăn.

Kỹ sư Fosse Mouras phát minh ra bể phốt với mục đích thiết kế mà ai cũng hiểu là nó có nhiệm vụ xử lý chất cặn bã do tiêu hóa của con người thải ra, trước khi nước thải đó được đưa ra ngoài môi trường.

Phân tích cấu tạo của hố xí tự hoại thấy nó được chia thành phần Động ở phía trên và phần Tĩnh phía ở dưới (Hình 1).

 Hình 1: Phân tích cấu tạo hố xí hai ngăn có miền động và miền tĩnh.

Ông Fosse Mouras phát minh ra hố xí tự hoại hoạt động theo nguyên lý tạo ra trong hai quá trình là quá trình lắng cặn và quá trình lên men:

- Quá trình thứ nhất: là quá trình lắng cặn trong bể được xem như quá trình lắng tĩnh. Dưới tác dụng trọng lực các hạt cặn sẽ rơi xuống dưới đáy bể làm nước sau khi ra khỏi bể sẽ trong hơn. Cặn rơi xuống bể ở đây có các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhờ hoạt động của vi sinh vật yếm khí.

- Quá trình thứ hai: là quá trình lên men. Sau khi lắng xuống đáy bể, các chất hữu cơ sẽ bị phân hủy nhờ có các vi sinh vật yếm khí, cặn sẽ lên men, mất mùi hôi và giảm thể tích. Tốc độ lên men của cặn nhanh hay chậm phụ thuộc vào nhiệt độ, độ PH của nước thải, lượng vi sinh vật trong cặn... Nhiệt độ càng cao thì tốc độ lên men càng nhanh.

Hai quá trình lên men và lắng tĩnh được áp dụng cho nguyên lý hoạt động của bể tự hoại và được các kĩ sư thiết kế cấp thoát nước áp dụng cho tất cả các công trình xây dựng đến tận ngày nay. Đó chính là cơ chế hoạt động cơ bản của những bể phốt tự hoại.

          Theo tài liệu về hố xí tự hoại, trong bể phân hủy theo chiều đứng trên xuống, phân tầng thành 4 vùng: phần váng (Vv), phần tách cặn (Vn), vùng chứa cặn tươi đang phân hủy (Vb), vùng tích lũy cặn (Vt).  (Hình 2).

Hình 2: Bể tự hoại với 4 vùng phân tầng từ trên xuống dưới theo chiều sâu lớp nước.

 Căn cứ vào sự phân tầng đó (Hình 2), ta thấy rõ hơn cửa nạp và cửa xả của bể xí tự hoại được thiết kế đặt ở khoảng giữa (1/2) chiều cao bể phân hủy, ở ngay vùng tách cặn (vùng lắng - Vn) nơi có mật độ chất rắn phân hủy thấp nhất để thỏa mãn mục đích, yêu cầu nhiệm vụ đặt ra là “làm sạch sơ bộ hoặc hoàn toàn nước thải trong nhà trước khi thải ra sông, hồ hay mạng lưới thoát nước bên ngoài”.

130 năm mối lương duyên Biogas với hố xí tự hoại.

Năm 1884, Pasteur - nhà vi sinh học và hoá học người Pháp là người đầu tiên tiến hành thí nghiệm và đề xuất sử dụng phân gia súc từ các trại chăn nuôi ở Paris để sản xuất khí sinh học làm chất đốt và chiếu sáng. Như vậy, sau khi hố xí tự hoại ra đời 24 năm, bể Biogas mới ra đời ngay cùng quê hương - nước Pháp. Hố xí tự hoại, xử lý chất thải tiêu hóa của con người, còn thiết bị Biogas, xử lý chất thải của chăn nuôi và lấy khí gas làm chất đốt. Đối chiếu thiết kế, cấu tạo của các bể Biogas quy mô nhỏ và vừa với bể phốt, ta thấy chúng có cấu tạo tương tự giống nhau, cửa nạp và cửa xả đều được đặt khoảng giữa (1/2)  chiều cao bể phân hủy. (Hình 3)

Hình 3: Mô hình đặt cửa xả trong vùng lắng của hầm Biogas (KT) giống hố xí tự hoại.

         Phải chăng, Pasteur và các nhà sáng chế các mẫu hầm Biogas lúc đó và đương đại, sau này đều chịu ảnh hưởng từ nguyên lý hoạt động và vai trò xử lý chất thải, làm sạch môi trường của hố xí tự hoại ?!.

Cấu trúc và cơ chế hoạt động của hầm Biogas quy mô nhỏ và vừa có đáy cửa xả đặt trong vùng lắng Vn giống với cấu trúc và cơ chế hoạt động của hố xí tự hoại chia bể phân hủy thành hai vùng miền động và miền tĩnh. (Hình 4).

Hình 4: Mô hình so sánh hoạt động giống nhau của Biogas ( KT) và hố xí tự hoại.

        Qua đó (hình 4), ta có nhận xét:

        + Các cửa xả của hầm Biogas và hố xí tự hoại đều đặt khoảng giữa (1/2) chiều cao bể phân hủy (vòng tròn đỏ);

        + Cửa xả đều đặt trong vùng lắng tách cặn (Vn) ngay dưới vùng váng (Vv);

        + Đều có bể phân hủy chia hai phần: Phần động và phần tĩnh;

        + Đều có phần lắng tích lũy cặn.

Chúng tôi đã nghiên cứu gần 50 mẫu BSK Biogas đối chứng quy mô nhỏ và vừa, được phổ biến, được biết tại Việt Nam và thế giới, thấy hầu hết mẫu BSK Biogas đều có cửa xả đặt ở giữa (1/2) chiều cao của bể phân hủy giống như hố xí tự hoại (?!). Câu hỏi đặt ra: Tại sao đặt cửa xả ở giữa (1/2) chiều cao bể phân hủy, giống nhau như vậy (?!...).

Đây là vấn đề khó trả lời ?!. Vì trên 130 năm nay, các nhà thiết kế Biogas ngày xưa và đương đại vẫn gần như mặc định, đặt đáy cửa nạp và cửa xả ở khoảng giữa (1/2) chiều cao bể phân hủy mà không ai có ý kiến phản biện gì (?!). Tại sao ?!                 

Tuy nhiên, hầm Biogas và hố xí tự hoại có sự khác nhau. (1). Đó là nắp bể phốt thì hở, nắp bể Biogas phải kín tuyệt đối để chứa khí gas, (2). Biogas có bể điều áp, bể phốt thì không, (3). Chế độ pha loãng của hố xí tự hoại là từ 1:5 đến 1:6 trở lên, còn Biogas tỷ lệ pha loãng chỉ là 1:1 hoặc 1:2 nên sự phân tầng, không thể hoàn toàn rõ rệt như trong hố xí tự hoại.

Nếu thiết kế cửa xả ở giữa (1/2) chiều cao, các mẫu hầm KSH Biogas hiện có sẽ chia bể phân hủy làm 2 phần: Phần Động phía trên và Phần Tĩnh phía dưới. Hố xí tự hoại có nắp hở, áp suất (P) trong bể phân hủy bằng P môi trường nên không có hiện tượng đẩy tầng váng ra ngoài. Hầm Biogas, nắp kín khí hoàn toàn, nên khi lượng khí gas tăng, áp suất (P) đạt Max, theo nguyên tắc bình thông nhau, BSK sẽ tự động đẩy phân bán hoai và phân tươi xú uế ra ngoài, với nhiều hệ lụy không mong muốn khác. Do cửa xả đặt giữa (1/2) chiều cao bể phân hủy nên thể tích hữu ích bể phân hủy các loại hầm Biogas chỉ đạt 50%.

Mọi chuyện đã rõ ràng. Nếu cửa xả hầm Biogas đặt ở 1/2 chiều cao bể phân hủy, khi áp suất (P) lên cao sẽ đẩy bã thải mới nạp, khi COD và BOD5 chưa giảm ra ngoài. Đây là cơ sở khoa học không chối cãi, cho câu trả lời: Vì sao các hầm Biogas còn gây thối !?.

Những sáng chế đương đại về Biogas quy mô nhỏ và vừa, không hiểu sao người ta vẫn để đáy cửa xả cao ngay tầng phân bán hoai và tầng váng như KT 3.1, RDAC, Nguyễn Độ v.v... Không một phản biện nào được đưa ra. Với các loại hầm đó, cửa xả đặt ngay tầng Váng và phân bán hoai, khi P. Max, sẽ đẩy toàn bộ váng và phân bán hoai lên bể điều áp, gây thối và ô nhiếm môi trường thứ cấp rất nghiêm trọng. Do đó, cho thấy Biogas quy mô nhỏ và vừa hiện có ít nhất 10 nhược điểm và nhiều hệ lụy cần phải khắc phục như đẩy phân bán hoai, mùi xú uế ra ngoài, chỉ nạp được phân nguyên, không lấy được bã mùn làm phân bón v.v....

        Không có sự biện minh nào được đưa ra ?!.. Một thực tế hiển nhiên, mối lương duyên 130 năm giữa Biogas và hố xí tự hoại đã tạo cho Biogas nhiều nhược điểm và hệ lụy khó đỡ. Báo cáo Dự án Nghiên cứu đánh giá Biogas ở Việt Nam do Viện nghiên cứu Môi trường và Phát triển bền vững (IESD)  Đại học Twente University (The Hague) thực hiện (Đơn vị tài trợ: ETC Energy, The Netherlands, February 2011) nêu ý kiến người dân: “Trong nhiều trường hợp rửa chuồng trại, khi có nhiều gas trong hầm, phân bị dềnh lên ở cửa vào và không thể đưa xuống bể phân hủy”; và đưa ra câu hỏi: Cách giải quyết vấn đề này như thế nào ?...

3.  Đến yêu cầu phải đổi mới công nghệ Biogas quy mô nhỏ và vừa

Từ những phân tích trên, đã đến lúc cần phải đánh giá công năng, hiệu quả của các mẫu hầm Biogas, và nghiêm túc nhìn nhận có ít nhất 8 lý do, đòi hỏi từ sản xuất và cuộc sống buộc phải đổi mới công nghệ Biogas. Tám lý do đó là gì ?!.

          Đó là, (1). Yêu cầu từ chính ngành nông nghiệp khi đưa chăn nuôi lên thành ngành chính, (2). Lý do thiết kế cửa nạp, cửa xả chưa phù hợp mang lại nhiều nhược điểm và hệ lụy cho nông dân, (3). Tốc độ phát triển Biogas còn chậm do nhiều nguyên nhân kinh tế và kỹ thuật, (4). Những nguyên nhân về kỹ thuật công nghệ BSH Biogas, (5). Vai trò mắt xích quan trọng của Biogas góp phần trong xây dựng Nông thôn mới, (6). Phát triển nền kinh tế xanh trong nông nghiệp là yêu cầu bắt buộc của thời đại, (7). Biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng, trong đó Việt Nam là một trong mười nước phải hứng chịu nặng nhất, (8). Chính phủ đã có các cam kết bằng các văn bản pháp lý và các chương trình, chiến lược quốc gia.

Biogas Vị Nông hoạt động theo nguyên lý hoàn lưu lần đầu tiên được áp dụng tại Việt Nam (2012), là đòi hỏi khách quan, phải đổi mới công nghệ để đáp ứng yêu cầu sản xuất và cuộc sống; có cấu tạo hoàn toàn khác biệt với các loại Biogas hiện có, toàn bộ bể phân hủy là phần động, có cửa nạp đa năng, có cửa xả đặt sát đáy ngay vùng tích lũy cặn v.v… khắc phục tốt các nhược điểm và hệ lụy của các loại Biogas đối chứng. (Hình 5).

Hình 5: Cấu tạo khác biệt giữa Biogas Vị Nông và cac loại Biogas khác, lấy Biogas KT làm đại diện.

Biogas Vị Nông có các đặc trưng kỹ thuật khác biệt với các loại Biogas quy mô nhỏ và vừa hiện có. Đó là (1). Hoạt động theo nguyên lý hoàn lưu; (2). Có thiết kế cửa nạp đa năng có thể nạp được đa dạng các loại nguyên liệu; (3). Kết hợp hoàn hảo với hố xí tự hoại, (4). Có cơ chế lấy bã thải từ đáy, chống lắng cặn tích lũy; (5). Cho phép chủ động quản trị thời gian lưu/ xả vật chất phân hủy thực tế theo ý muốn; (6). Công năng hoạt động, tính hiệu quả/ giá trị sử dụng của bể KSH Vị Nông ổn định, không bị suy giảm theo năm tháng sử dụng. (Hình 6)

  Hình 6: So sánh cấu trúc, nguyên lý hoạt động của Biogas Vị Nông hoạt động theo nguyên lý hoàn lưu với các mẫu Biogas đối chứng hiện có.

 Dễ dàng nhận thấy những đặc trưng kỹ thuật khác biệt căn bản đó, mang lại cho Biogas Vị Nông những sự khác biệt về cấu trúc, chi tiết công nghệ và ít nhất 9 ưu điểm vượt trội: (1). Áp suất khí gas cao, có thể đạt trên 15 – 25 Kpa; (2). Tiết kiệm diện tích đất so với các mẫu BSH khác; (3). Kết hợp hố xí tự hoại hợp vệ sinh, phân không bị dội ngược; (4). Dùng được nhiều loại nguyên liệu đầu vào; (5). Công nghệ phá váng hiệu quả, làm ẩm bề mặt; (6). Hoạt động liên hoàn, vận hành, bảo dưỡng dễ dàng, giản tiện; (7). Công năng hoạt động cao; (8). Bã thải đảm bảo vệ sinh môi trường tốt hơn; (9). Dễ xây dựng với các nguyên, vật liệu tại chỗ .v.v… và rõ ràng, với các ưu điểm của Biogas Vị Nông đã khắc phục tốt các nhược điểm và hệ lụy của các loại hầm Biogas hiện có, là minh chứng trả lời cho câu hỏi: Cách giải quyết vấn đề này như thế nào (?) nói ở trên ...

Biogas Vị Nông quy mô nhỏ và vừa hoạt động theo nguyên lý hoàn lưu, đi vào cuộc sống 5 năm nay, đã chứng tỏ được ưu điểm vượt trội; được Sở Khoa học và Công nghệ phối hợp Đài Truyền hình tỉnh Nghệ An ghi hình và giới thiệu 2 lần, được đăng giới thiệu trên Báo Nghệ An, Báo Kinh tế Nông thôn, Tập san Liên hiệp Hội KHKT, Hiệp hội Khí sinh học Việt Nam, Hội Làm vườn Việt Nam, v.v…; được Chương trình Sáng tạo Việt số 52, lên sóng Chủ nhật, ngày 21/ 2/ 2016, trên VTV3…

         Biogas Vị Nông hoạt động theo nguyên lý hoàn lưu được thai nghén và sinh ra từ nghiên cứu thực tiễn với lối đi riêng, trở về phục vụ và đáp ứng yêu cầu thực tiễn là tín hiệu mới tốt lành cho sự phát triển khí sinh học và Nghề vườn Việt Nam; là chìa khóa góp phần thực hiện hiệu quả Nghị quyết Trung ương 7, khóa X về Nông nghiệp, Nông dân, Nông thôn../.

                                                                  N.H.S.

 Tài liệu tham khảo:

1- Thiết kế, xây dựng và sử dụng bể tự hoại: https://www.google.com.vn/search?q=Thi%E1%BA%BFt+k%E1%BA%BF%2C+x%C3%A2y+d%E1%BB%B1ng+v%C3%A0+s%E1%BB%AD+d%E1%BB%A5ng+b%E1%BB%83+t%E1%BB%B1+ho%E1%BA%A1i&oq=Thi%E1%BA%BFt+k%E1%BA%BF%2C+x%C3%A2y+d%E1%BB%B1ng+v%C3%A0+s%E1%BB%AD+d%E1%BB%A5ng+b%E1%BB%83+t%E1%BB%B1+ho%E1%BA%A1i&aqs=chrome..69i57j35i39.3240j0j8&sourceid=chrome&ie=UTF-8

2- Công nghệ khí sinh học quy mô hộ gia đình.; tài liệu dùng để tập huấn cho Kỹ thuật viên về

khí sinh học), do Văn phòng Dự án khí sinh học Trung ương – BPD/ Cục Chăn nuôi – DLP,

thuộc Chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam ấn hành 2011

http://www.biogas.org.vn/vietnam/getattachment/Thu-vien-phim,-anh/An-pham/Cong-nghe-Khi-sinh-hoc-quy-mo-ho-gia-%C4%91inh/Biogas_CNSH-_-THUY_9-2-2012.pdf.aspx

3- Dự án nghiên cứu đánh giá Biogas tại Vệt Nam, Đặng Hữu Lưu và Clade Potvin, Viện nghiên ứu Môi trường và Phát triển bền vững (IESD)  Đại học Twente University (The Hague) thực hiện (Đơn vị tài trợ: ETC Energy, The Netherlands, February 2011)

http://cifpen.org/UserFiles/RadEditor/Documents/Documents/2014/Phu%20luc%201-2_Bao%20cao%20Claude%20VN.pdf.

4- Tủ sách khí sinh học tiết kiệm năng lượng- Thiết bị khí sinh học KT31, Nguyễn Quang Khải, Nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ, 2008.

5- Khai thác và sử dụng khí sinh vật bằng phế thải nông nghiệp của tác giả Nguyễn Việt Nămg

(nhà xuất bản Nông nghiệp, 1983).

6- Bàn về Bộ tiêu chí đánh giá hầm Biogas tốt, Hồng Sơn và Nguyễn Đình Công Tài.  http://www.cifpen.org/tai-nguyen---moi-truong-va-bien-doi-khi-hau/ban-ve-bo-tieu-chi-danh-gia-ham-biogas-tot/idt72/nid966.htm.