intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:102

Thêm vào BST
Báo xấu
19
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu chung của đề tài là làm sạch khí sinh học giúp cải thiện chất lượng khí sinh học phát sinh, tận thu và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ phát điện phục vụ hoạt động sản xuất. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2

  1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Tôn Nữ Thị Phương Vi ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Hà Nội, 7/2020
  2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Tôn Nữ Thị Phương Vi ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Người hướng dẫn: PGS.TS. Đỗ Văn Mạnh Hà Nội, 7/2020
  3. Lời cam đoan Tôi xin cam đoan các nội dung được trình bày trong luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” là nghiên cứu của cá nhân tôi, trên cơ sở một số dữ liệu, số liệu được tham khảo. Những tài liệu được sử dụng tham khảo trong luận văn đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo. Các số liệu, kết quả trình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra. Hà Nội, tháng 7 năm 2020 Sinh viên Tôn Nữ Thị Phương Vi
  4. Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin chân thành gửi lời cám ơn đến Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Môi trường và Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành các chương trình học tại học viện. Luận văn tốt nghiệp được thực hiện tại Hệ thống lên men yếm khí bùn thải, sinh khí sinh học để phát điện và bùn thải sau lên men được thu gom sản xuất làm phân bón hữu cơ. Đây là đề tài phối hợp giữa Công ty CP bia Sài Gòn – Miền Trung và Viện Công nghệ Môi trường. Do đó, tôi được tạo điều kiện học tập, nghiên cứu cùng các chuyên gia của Viện khi triển khai xây dựng dự án, vận hành thử nghiệm và sản xuất. Đây là cơ sở để thực hiện các nội dung nghiên cứu của cá nhân tôi. Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đỗ Văn Mạnh, phó viện trưởng Viện Công nghệ Môi trường đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận. Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Học viện nói chung, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật môi trường nói riêng đã truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích chuyên ngành, giúp em nắm bắt được cơ sở lý thuyết và tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng, em xin chúc Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Môi trường, Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung và các thầy cô giáo sức khỏe, thành công. Sinh Viên Tôn Nữ Thị Phương Vi
  5. i MỤC LỤC CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................... 5 1.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC ........................................................................................................ 5 1.2. SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC ......................... 10 1.2.1 Hydrogen sulphide (H2S) ................................................................... 11 1.2.2. Siloxane ............................................................................................. 12 1.2.3. Cacbonic (CO2) ................................................................................. 14 1.2.4. Amoniac (NH3) ................................................................................. 14 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC ......... 15 1.3.1 Loại bỏ H2S và NH3 bằng phương pháp hóa lý ................................. 15 1.3.2 Các phương pháp loại bỏ Siloxan ...................................................... 27 1.3.3 Loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học........................................... 30 1.3.4 Một số phương pháp phổ biến làm sạch khí sinh học trên thế giới ... 37 1.3.5 Công nghệ làm sạch khí sinh học tại Việt Nam................................. 41 1.4. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SINH HỌC BẰNG THIẾT BỊ LY TÂM TRỌNG LỰC TỐC ĐỘ CAO ........................................................................ 43 1.5. HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC ..................................................................................................... 46 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................................................ 48 2.1.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................... 48 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................... 48 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu........................................................................... 48 2.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ................................................ 48 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .................................................................... 53 2.2.1. Quy trình thí nghiệm ......................................................................... 53
  6. ii 2.2.2. Các nội dung nghiên cứu .................................................................. 59 2.2.2.1. Nội dung 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2....................................................... 59 2.2.2.2. Nội dung 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 ................................................. 60 2.2.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 ................................................................................................. 60 2.2.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 .................................................................................. 61 2.2.2.5. Nội dung 5. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian.................................................................................... 62 2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 63 2.3.1. Phương pháp thực nghiệm ................................................................ 63 2.3.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích ................................................... 64 2.3.3. Phương pháp kế thừa......................................................................... 66 2.3.4. Phương pháp chuyên gia ................................................................... 67 2.3.5. Phương pháp tính toán ...................................................................... 67 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 68 3.1 MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BÙN YẾM KHÍ TẠI NHÀ MÁY ............................................................................................................... 68 3.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH HẤP THỤ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 ............... Error! Bookmark not defined. 3.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ QUAY CỦA THIẾT BỊ HGRPB ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 ................... 74 3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 ................................................... 77 3.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 ............................ 79
  7. iii 3.5. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN ......................................................................... 82 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................... 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 87 PHỤ LỤC ....................................................................................................... 90
  8. iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EDTA Etylenediaminetetraacetic axetic HEDTA Axithydrôxy-ethylethylenediaminetriacetic HGRPB Thiết bị quay ly tâm tốc độ cao (High Gravity Rotating Packed Bed) QG/QL Tỉ lệ giữa lưu lượng khí vào và lưu lượng dung dịch hấp thụ rpm Vòng/phút (revolutions per minute) COD Nhu cầu oxy hóa học SCOD Nhu cầu oxy hóa học hòa tan STOC Tổng cacbon hữu cơ hòa tan TC Cacbon tổng số TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Tổng cacbon hữu cơ TS Tổng chất rắn TXLNT Trạm xử lý nước thải VS Chất rắn bay hơi XLNT Xử lý nước thải
  9. v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần và tính chất của khí sinh học ....................................... 9 Bảng 1.2. Một số phương pháp làm sạch CO2 từ hỗn hợp biogas ................ 38 Bảng 1.3.Một số phương pháp làm sạch H2S từ hỗn hợp biogas .................. 39 Bảng 2.1. Giá trị đặc trưng của bùn hữu cơ sử dụng trong nghiên cứu .. Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2. Chất lượng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện..... 56 Bảng 2.3. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2...................................... 59 Bảng 2.4. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 .................................. 60 Bảng 2.5. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 .................................................... 61 Bảng 2.6. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2.......................................... 61 Bảng 2.7. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian ........... 62 Bảng 2.8. Các bước thực hiện các thí nghiệm làm sạch khí......................... 622 Bảng 2.9. Các thông số và phương pháp phân tích thành phần biogas .......... 66
  10. vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Quá trình phân hủy kị khí ................................................................ 6 Hình 1.2. Sơ đồ quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ ............................ 6 Hình 1.3. Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược ................................. 18 Hình 1.4. Loại bỏ H2S bằng phương pháp lọc sinh học ................................ 31 Hình 1.5. Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược ................................. 33 Hình 1.6. Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược ................................. 34 Hình 1.7. Hiệu suất loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học ....................... 35 Hình 1.8. Sơ đồ ứng dụng của khí sinh học . Error! Bookmark not defined.2 Hình 1.9. Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu Error! Bookmark not defined.4 Hình 1.10. Nguyên lý của thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu ....................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy ............................ 570 Hình 2.2. Sơ đồ mô hình xử lý bùn yếm khí tại nhà máy ............................ 572 Hình 2.3. Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB thực tế tại pilot ................. 574 Hình 2.4. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu ........................................................ 575 Hình 2.5. Túi chứa biogas thô (bên phải) và túi chứa biogas tinh (bên trái) 576 Hình 2.6. Bồn chứa và máy khuấy trộn hóa chất ........................................... 57 Hình 2.7. Động cơ quay ly tâm biến tần......................................................... 57 Hình 2.8. Máy thổi khí ................................................................................... 58 Hình 2.9. Lưu lượng kế đo khí ....................................................................... 58 Hình 2.10. Bơm hóa chất ................................................................................ 58 Hình 2.11. Lưu lượng kế đo hóa chất ............................................................. 58 Hình 2.12. Đo nhanh chất lượng khí biogas tại hiện trường .......................... 65
  11. vii Hình 2.13. Lấy mẫu khí biogas vào túi chứa.................................................. 65 Hình 2.14. Đo pH dung dịch hấp thụ tại hiện trường ..................................... 66 Hình 3.1. Các hạng mục trong dây chuyền công nghệ của đề tài ................ 72 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 .......................................................................................................... 73 Hình 3.3. Ảnh hưởng tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 .......................................................................................................... 76 Hình 3.4. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2... 78 Hình 3.5. Ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịchđến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 .................................................................................................................. 81 Hình 3.6. Độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian .......................... 83
  12. viii
  13. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng và môi trường là vấn đề có tác động, ảnh hưởng không nhỏ đến tất cả các lĩnh vực, bao gồm: kinh tế, chính trị, văn hóa, an ninh, xã hội … của tất cả các quốc gia trên thế giới. Đặc biệt, trong tình hình nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở thành hiểm họa đối với loài người thì vấn đề nêu trên càng trở thành mối quan tâm hàng đầu của cả thế giới. Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu chính, song hành cùngquá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước. Song song với việc hoàn thiện các hệ thống sử dụng để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường thì các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái sinh và nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng này là việc rất cần thiết. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế, khí sinh học (Biogas) là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn và đang được khuyến khích phát triển tại Việt Nam. Việc sản xuất biogas bằng phương pháp phân hủy kị khí từ các chất thải hữu cơ là giải pháp mang lại lợi ích nhiều mặt, vừa tận thu được nguyên liệu phục vụ tái sản xuất, giảm thể tích chất thải cần chôn lấp, đồng thời khí biogas thu được dùng làm nhiên liệu, chạy máy phát điện. Thành phần chủ yếu của biogas là khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2), ngoài ra còn có các tạp chất khác như khí hydro sulfua (H2S), hơi nước (H2O), khí amoniac (NH3), .... Chất lượng khí biogas phụ thuộc vào hàm lượng CH4 trong hỗn hợp biogas và độ tinh khiết của hỗn hợp khí. Nếu khí biogas được lọc sạch các tạp chất, chúng sẽ nhận được nhiên liệu có tính chất tương tự như khí thiên nhiên (biomethane). Việc chuyển đổi biogas thành biomethane nói chung bao gồm hai bước chính: quá trình làm sạch để loại bỏ các thành phần ô nhiễm như: H2S, H2O, NH3, … quá trình nâng cấp để tăng giá trị nhiệt đáp ứng cho phát điện. Sử dụng biogas làm nhiên liệu cho phép giải quyết đồng thời vấn đề ô nhiễm khi sản xuất biogas và thay thế nhiên liệu truyền thống.
  14. 2 Tại Việt Nam, trong 10 năm trở lại đây đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế về thu khí biogas bằng quá trình phân hủy kị khí nước thải, phân gia súc, gia cầm, dùng để đun nấu và chạy máy phát điện ở quy mô hộ gia đình và trang trại.Tuy nhiên, các đầu công suất phát điện đều ở mức thấp, thiết bị tách lọc khí chưa đạt hiệu quả cao, dẫn đến các thiết bị hay gặp sự cố và bị ăn mòn, nhanh hỏng, từ đó ảnh hưởng đến công suất phát điện . Việc kết hợp với đối tác Đài Loan trong việc xử lý bùn thải bằng phương pháp lên men kị khí, sinh khí biogas với hiệu suất cao, xây dựng quy trình lọc khí biogas triệt để, tạo ra nguồn khí biogas chất lượng để chạy máy phát điện với công suất lớn không chỉ mang ý nghĩa kinh tế - môi trường - xã hội mà còn tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực khoa học công nghệ nước nhà, tạo ra một sự phát triển bền vững, thân thiện môi trường trong bối cảnh ô nhiễm toàn cầu đang ở mức báo động và biến đổi khí hậu đã, đang và sẽ mang lại những hậu quả khôn lường cho người dân. Trên cơ sở đó, trong phạm vi luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình làm sạch thành phần các khí CO2 và H2S trong hỗn hợp khí biogas bằng kỹ thuật quay ly tâm tốc độ cao sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2. Thông qua kết quả nghiên cứu, sẽ lựa chọn được bộ các thông số tối ưu trong vận hành để đảm bảo hiệu quả làm sạch khí cao nhất. 2. Mục tiêu nghiên cứu a. Mục tiêu chung: Làm sạch khí sinh học giúp cải thiện chất lượng khí sinh học phát sinh, tận thu và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ phát điện phục vụ hoạt động sản xuất. - Góp phần giảm thiểu khối lượng sử dụng các nhiên liệu hóa thạch dùng làm chất đốt trong nhà máy hiện nay. - Tận dụng chất thải để chuyển hóa thành năng lượng sạch phục vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất và cải thiện chất lượng môi trường. b. Mục tiêu cụ thể:
  15. 3 Nghiên cứu, lựa chọn các yếu tố thích hợp cho quá trình làm sạch biogas bằng phương pháp sử dụng thiết bị làm sạch là máy ly tâm tâm tốc độ cao HGRPB với dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 nhằm nâng cao hiệu suất phát điện và phục vụ định hướng ứng dựng trên quy mô phát điện công nghiệp tại đơn vị. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Khí sinh học (biogas) sinh ra từ hệ thống phân hủy bùn yếm khí. - Hệ thí nghiệm làm sạch khí. 3. 2. Phạm vi nghiên cứu - Trong giới hạn luận văn, phạm vi nghiên cứu được xác định: + Khí biogas sinh ra từ hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải công suất tối đa 80 m3/ngđ tại Nhà máy bia Sài Gòn- Đắk Lắk, thuộc công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Trung. + Các thông số của quá trình làm sạch khí biogas: nồng độ dung dịch hấp thụ (CBa(OH)2); tốc độ quay của thiết bị HGRPB (); tốc độ dòng khí biogas (QG) và tốc độ dòng dung dịch (QL). + Độ bão hòa của dung dịch hấp thụ trong quá trình làm sạch khí biogas theo thời gian. - Thời gian nghiên cứu: tháng 10/2018 đến tháng 2/2020. - Địa điểm tiến hành thí nghiệm: mô hình thí nghiệm tại khuôn viên Nhà máy bia Sài Gòn- Đắk Lắk, thuộc công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Trung, địa chỉ: số 01 Nguyễn Văn Linh, thành phố Buôn Ma Thuột, tỉnh Đắk Lắk. Nghiên cứu làm sạch biogas bằng kỹ thuật ly tâm tốc độ cao HGRPB sử dụng dung dịch Ba(OH)2 quy mô 80 m3 và hệ thống xử lý nước thải công suất 600 m3/ngđ để cung cấp khí biogas cho máy phát điện 20 kWh. 4. Phương pháp nghiên cứu:
  16. 4 - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp lấy mẫu - Phương pháp phân tích - Phương pháp kế thừa - Phương pháp tính toán 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài: Kết quả đề tài là sự thành công việc ứng dụng khoa học vào thực tiễn, đặc biệt trong công nghệ làm sạch khí bằng thiết bị làm sạch khí sinh học, làm tăng khả năng ứng dụng thiết bị này vào thực tiễn với các thông số vận hành hợp lý, đem lại hiệu quả xử lý cao.
  17. 5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC Ngày nay, hệ thống phân hủy kị khí được sử dụng rộng rãi để xử lý các chất thải rắn, bao gồm chất thải nông nghiệp, phân động vật, bùn từ các trạm xử lý nước thải và chất thải đô thị. Ước tính hàng triệu hệ thống phân hủy kị khí được xây dựng trên toàn thế giới. Hệ thống phân hủy kị khí cũng được sử dụng hiệu quả trong xử lý chất thải nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm và nước giải khát, ở các nước phát triển và đang phát triển. Trong các hệ thống kị khí, hầu hết các chất hữu cơ bị phân hủy sinh học có trong chất thải được chuyển đổi thành khí sinh học (70 ÷ 90%), từ pha lỏng và bể phản ứng ở dạng khí. Chỉ một phần nhỏ chất thải hữu cơ được chuyển đổi thành sinh khối vi sinh vật (5 ÷ 15%), sau đó tạo thành bùn thừa của hệ thống, bùn này đặc hơn. Chất thải không chuyển hóa thành khí sinh học hoặc vào sinh khối ra khỏi hệ thống xử lý là chất thải không bị phân hủy (10 ÷ 30%). Kết quả nghiên cứu của Lettinga (1995) đã nhấn mạnh sự cần thiết phải thực hiện các hệ thống bảo vệ môi trường kết hợp, để làm hài hoà việc xử lý nước thải, thu hồi và tái sử dụng các sản phẩm phụ của nó. Cách tiếp cận này đặc biệt phù hợp với các nước đang phát triển, nơi có nhiều vấn đề nghiêm trọng về môi trường, tình trạng thiếu nhân lực và năng lượng và thường là không đủ khả năng sản xuất lương thực. Do đó, phân hủy kị khí trở thành giải pháp thích hợp nhất để xử lý nước thải và thu hồi các sản phẩm phụ, như minh họa trong Hình 1.1.
  18. 6 Hình 1.1. Quá trình phân hủy kị khí Chất thải hữu cơ phức tạp Cacbohydrat, protein, chất béo 1. Thủy phân Phân tử hữu cơ hòa tan Đường, amino axit, axit béo 2. Axit hóa Axit béo dễ bay hơi 3. Acetat hóa Axit acetic H2, CO2 4. Methane hóa CH4 + CO2 Hình 1.2. Sơ đồ quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ
  19. 7  Giai đoạn 1: Thủy phân Dưới tác dụng của enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như protein, lipit, hydrocacbon … sẽ bị phân hủy thành các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn và phần lớn đều dễ tan trong nước như đường, amino axit, axit béo, axit hữu cơ … như phản ứng (1); (2); (3); (4) và (5) thể hiện ở dưới đây: (1) Hợp chất cao phân tử + H2O → Hợp chất thấp phân tử + H2 (2) Lipids → Axit béo (3) Polysaccharide → Monosaccharide (4) Protein → Amino axit (5) Axit nucleic → Purine + Pyrimidin  Giai đoạn 2: Axit hóa Các sản phẩm của quá trình thủy phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa. Các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ, các rượu và các chất trung tính khác cũng được hình thành do quá trình lên men đường, do phân giải axit và do khử amin. Ngoài ra một số khí cũng được tạo thành như CO2, H2S, H2, NH3 và một lượng nhỏ CH4, nếu trong nước thải giàu protein thì còn sinh ra các khí độc như mercaptan, scatol, indol … Trong quá trình lên men các axit hữu cơ, các axit amin sẽ được khử amin bằng khử hoặc bằng thủy phân để tạo NH3 và NH4+, một phần sẽ được vi sinh vật sử dụng để tạo sinh khối, phần còn lại thường tồn tại dưới dạng NH4+. Thành phần và tính chất của các sản phẩm trong giai đoạn này phụ thuộc nhiều vào bản chất của các chất ô nhiễm, điều kiện môi trường và tác nhân sinh học. Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn này sẽ ảnh hưởng đến giai đoạn tiếp theo. Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này bao gồm phản ứng (6) và (7). (6) C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2COOH + 2H2O (7) C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2  Giai đoạn 3: Acetat hóa Các sản phẩm lên men như axit béo, axit lactic … sẽ được từng bước chuyển hóa đến axetic. Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này bao gồm phản ứng (8); (9); (10) và (11). (8) CH3CH2COO- + 3H2O → CH3COO- + H+ + HCO3- + 3H2 (9) C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2
  20. 8 (10) CH3CH2OH + 2H2O → CH3COO- + 2H2 + H+ (11) 2HCO3- + 4H2 + H+ → CH3COO- + 4H2O Giai đoạn 4: Metan hóa Đây là giai đoạn cuối cùng và cũng là giai đoạn quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý yếm khí đặc biệt là trong điều kiện xử lý có thu khí biogas. Các sản phẩm thu được từ giai đoạn trước sẽ được khí hóa nhờ các vi khuẩn methane hóa được gọi chung là Methanogens. Các vi sinh vật này có đặc tính chung là chỉ hoạt động trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt. Tốc độ sinh trưởng và phát triển của chúng chậm hơn nhiều so với các chủng vi sinh vật khác.Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này bao gồm phản ứng (12); (13); (14); (15); (16) và (17). (12) 2CH3CH2OH + CO2 → 2CH3COOH + CH4 (13) CH3COOH → CH4 + CO2 (14) CH3OH → CH4 + H2O (15) CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O (16) CH3COO- + SO42- + H+ → 2HCO3 + H2S (17) CH3COO- + NO- + H2O + H+ → 2HCO3 + NH4+ Như vậy sản phẩm cuối cùng nhận được trong chu trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ là biogas với thành phần chính là khí CH4 và CO2. Biogas có thể được sử dụng để sản xuất điện năng, nấu nướng, sưởi ấm, đun nước nóng hay cấp nhiệt. Trong sử dụng thông thường, 1m3 biogas tương đương: Thắp sáng bóng đèn có công suất 60 -100 W trong 6 giờ; nấu 3 bữa ăn cho 1 gia đình 5 -6 người; thay thế 0,7 kg xăng dầu; chạy động cơ 1 mã lực trong 2 giờ; Sản xuất 1,25 kWh điện bằng động cơ nhiệt. Chất thải hữu cơ từ các nguồn khác nhau có thể sử dụng để sản xuất biogas. Quá trình sử dụng biogas làm nhiên liệu không làm tăng CO2 trong bầu khí quyền. Thành phần và tính chất của khí sinh học thu được sau quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ được trình bày trong Bảng 1.1
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2070 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
11=>2