Khái niệm khí Biogas và tổng quan về khí biogas

Chia sẻ: Nguyen Phuonganh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

1.056
lượt xem 259
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 21 lần hơn khí carbonic (CO2). Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khái niệm khí Biogas và tổng quan về khí biogas

I.Khái niệm khí Biogas và tổng quan về khí biogas: Biogas hay khí sinh học là hỗn hợp khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 21 lần hơn khí carbonic (CO2). Biogas là khí sinh học, là một hỗn hợp khí sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác động của vi khuẩn trong môi trường yếm khí (còn gọi là kỵ khí). Thành phần chính của Biogas là CH4(50 -60%) và CO2 còn lại các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO….. được thủy phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20_400C. 1.Bản chất của phương pháp hợp chất chứa nitơ tiếp tục phân hủy kỵ khí: tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2 và cả Là các chất thải được phân hủy CH4 (bắt đầu lên men metan). Các nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các kiện hoàn toàn không có oxy. Quá VSV hiếu khí bị tiêu diệt. Các vi trình này được phân chia làm 2 giai khuẩn metan phát triển rất mạnh và đoạn: chuyển hóa rất nhanh để tạo thành Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ CO2 và CH4 (giai đoạn lên men cao phân tử được VSV chuyển metan cò gọi là lên men kiềm). thành các các chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường, glyxerin,..(gọi chung là hydrat cacbon) Giai đoạn 2: là giai đoạn phát triển mạnh các loài vi khuẩn metan để chuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH4và CO2. Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt (lên men axit). Các axit hữu cơ và 2. Các vi sinh vật trong bể Biogas Sự tăng trưởng của vi khuẩn và các vi khuẩn trong bể tùy thuộc loại phân sử dụng và điều kịên nhiệt độ. Có 2 nhóm vi khuẩn tham gia trong bể biogas như sau: Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose và nhóm vi khuẩn sinh khí metan.
Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose: Những vi khuẩn này đều có enzym cellulosase và nằm rải rác trong các họ khác nhau, hầu hết các trực trùng, có bào tử (spore). Theo A.R.Prevot, chúng có mặt trong các họ: Clostridium, Plectridium, Caduceus, Endosponus, Terminosponus. Chúng biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Các chất này đều được dùng để dinh dưỡng hoặc tác chất cho nhóm vi khuẩn sinh khí metan. Nhóm vi khuẩn sinh khí metan: Nhóm này rất chuyên biệt và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng bởi W.E.Balch và cộng tác viên ở USA (1997), được xếp hạng thành 3 bộ (Order), 4 họ (Family), 17 loài (Genus). Mỗi loài vi khuẩn metan chỉ có thể sử dụng một số chất nhất định. Do đó việc lên men kỵ khí bắt buộc phải sử dụng nhiều loài vi khuẩn metan. Có như vậy quá trình lên men mới đảm bảo triệt để. Điều kiện cho các vi khuẩn metan phát triển mạnh là phải có lượng CO2 đầy đủ trong môi trường, có nguồn nitơ (khoảng 3,5 mg/g bùn lắng), tỷ lệ C/N = 1:20 tốt nhất là cung cấp nitơ từ cacbonnat amon, clorua amon. Trong quá trình lên men kỵ khí các loài VSV gây bệnh bị tiêu diệt không phải do nhiệt độ mà do tác động tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có mức độ kỵ khí, tác động của các sản phẩm trao đổi chất, tác động cạnh tranh dinh dưỡng,..Mức độ tiêu diệt các VSV gây bệnh trong quá trình kỵ khí từ 80 đến 100%. (đối với Myobacterium ; thời gian lưu trong bể biogas từ 6-20 ngày) 3. Cơ chế của sự tạo thành khí metan Cơ chế 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khoáng hóa khác dưới tác dụng của enzym cellulosase: CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2 Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O CO + 3H2 → CH4 + H2O 4CO + 2H2 → CH4 + 3CO2 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O 4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2
CH3COOH → CH4 + H2O Như vậy biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khuẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosase là phân hủy các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờ nhóm vi khuẩn metan tác dụng với nhau tạo thành khí metan có khả năng đốt cháy sinh năng lượng. II. HỆ THỐNG LỌC BIOGAS 21. Thiết bị tách H2S Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phoi sắt để tách H2S [1], [3]. Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác [2]. Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt. Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa. Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau: Fe + 1/2 O2  FeO 2Fe + 3/2O2  Fe2O3 3Fe + 2O2  Fe3O4 Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4. Các phản ứng trên có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt. Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt Hình 2: Thiết bị tách H2S phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp (hình 1). Khi khí biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxyt sắt, H2S Ống 23 Lối ra của biogas được tách ra theo các phản ứng sau: Lối vào Ống  Fe2O3 + 3H2S  Fe2S3 + 3H2O của nước Fe3O4 + 4H2S  FeS+Fe2S3 + 4H2O FeO + H2S  FeS + H2O Đệm Khả năng tách H2S của thiết bị giảm dần theo thời Thân  gian. Sau 1 tuần sử dụng đầu tiên (trung bình 4 giờ/ngày), 2500 khả năng khử của thiết bị đạt trên 99,4%. Sau 1 tháng sử dụng, hiệu suất của thiết bị vẫn còn đạt trên 98%. Khi hiệu Đĩa đục lỗ suất của thiết bị giảm thấp, chúng ta có thể tái sinh lõi lọc Lối vào của biogaz 150 bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí. Phản ứng tái sinh diễn ra như sau: Ống  Fe2S3 + O2  Fe2O3 + 3S Ống  FeS + O2  FeO + S Lối ra Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, có thể tự xảy ra của nước trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Để gia tốc quá trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phoi sắt đã sử dụng trong 15 phút. Hình 3: Tháp tách CO2 Tuy nhiên quá trình này tạo ra chất khí ô nhiễm SO2: Fe2S3 + 9/2O2  Fe2O3 + 3SO2
FeS + 3/2O2  FeO + SO2 Phoi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần. Phoi sắt sau khi đốt được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích, sau đó được cho vào thiết bị lọc (hình 2). Với lưu lượng biogas là 0,86 m3/h, khối lượng phoi sắt sử dụng là 8kg để lắp đầy một thiết bị bằng PVC có chiều cao 1,5m, đường kính ngoài 200mm. Tổn thất áp suất trung bình khi qua thiết bị tách H2S là 0,3mbar. Thiết bị như trên đã được sử dụng để lọc khí H2S cho nguồn khí biogas tại Trung tâm bảo trợ xã hội, Đà Sơn, Hòa Khánh Nam, Đà Nẵng. Kết quả phân tích khí trước và sau khi đi qua lọc cho ở bảng 1. Chúng ta thấy hiệu suất lọc đạt khá cao (trên 99%). 2.2. Tháp tách CO2 Việc tách CO2 ra khỏi biogas được thực hiện dựa vào tính chất hấp thụ khí carbonic của nước. Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong đó, khí đi từ dưới lên, còn nước chảy từ trên xuống. Để tăng cường sự tiếp xúc của khí và nước, nhóm đã sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá, gạch để làm đệm. Để cố định lớp đệm trong bên trong tháp, nhóm đã sử dụng một đĩa đục lỗ bằng mica, đặt ở phần dưới của tháp. Với kích thước tháp tách CO2 như hình 3, lưu lượng biogas là 0,86 m3/h, thành phần CO2 ở đầu vào tháp là 36,47%, thành phần CO2 ở đầu ra của tháp là 19,22%, chúng ta đạt được hiệu quả xử lý CO2 là 47,30%. Tổn thất áp suất khi đi qua thiết bị hấp thụ CO2 là 5mbar. Bảng 1: Hiệu quả lọc H2S Sau 1 giờ sử dụng Sau 20 giờ sử dụng Hình 4: Toàn cảnh thiết bị Trước xử Trước xử lọc biogas tại Trung tâm Sau xử lý Sau xử lý lý lý bảo trợ xã hội Đà Sơn Hàm lượng 0,17 0,0005 0,20 0,001 H2S (mg/l) ppm thể tích 112 0,33 132 0,66 III. Thiết kế hầm Biogas: 1. Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định:
2. Loại hầm sinh khí kiểu túi:
3. Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động: