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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Ờ N G HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - IT RƯ Tôn Nữ Thị Phương Vi LV TS KĨ TH U ẬT M Ô 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 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Ờ N G HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - IT RƯ Tơn Nữ Thị Phương Vi U ẬT M Ơ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC BẰNG PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 KĨ TH Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 8520320 LV TS 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 Lời cam đoan Tơi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu kỹ thuật làm khí sinh học phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” là nghiên cứu cá nhân tôi, sở số liệu, số liệu tham khảo Những tài liệu sử dụng tham khảo luận văn đã nêu rõ phần tài liệu tham khảo Các sớ liệu, kết trình bày đồ án là hoàn toàn trung thực, sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu kỷ luật môn và nhà trường đề Ờ N G Hà Nội, tháng năm 2020 LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Sinh viên Tôn Nữ Thị Phương Vi 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 Cơng ty Cổ phần bia Sài Gịn – Miền Trung đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tơi hoàn thành chương trình học học viện Luận văn tốt nghiệp thực Hệ thớng lên men yếm khí bùn thải, sinh khí sinh học để phát điện và bùn thải sau lên men thu gom sản xuất làm phân bón hữu Đây là đề tài phối hợp Công ty CP bia Sài G Gòn – Miền Trung và Viện Cơng nghệ Mơi trường Do đó, tơi tạo điều Ờ N kiện học tập, nghiên cứu chuyên gia Viện triển khai xây RƯ dựng dự án, vận hành thử nghiệm và sản xuất Đây là sở để thực IT nội dung nghiên cứu cá nhân tơi Ơ Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TS Đỗ Văn Mạnh, phó viện M trưởng Viện Cơng nghệ Mơi trường đã tận tình hướng dẫn, bảo em ẬT śt q trình học tập và làm khóa luận TH U Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Học viện nói chung, thầy khoa Kỹ tḥt mơi trường nói riêng đã truyền đạt KĨ nhiều kiến thức bổ ích chuyên ngành, giúp em nắm bắt sở lý thuyết LV TS và tạo điều kiện giúp đỡ śt q trình học tập Ći cùng, em xin chúc Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Môi trường, Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bia Sài Gịn – Miền Trung và thầy giáo sức khỏe, thành công Sinh Viên Tôn Nữ Thị Phương Vi i MỤC LỤC CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ Q TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC 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 Ờ N G 1.2.4 Amoniac (NH3) 14 RƯ 1.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC 15 1.3.1 Loại bỏ H2S NH3 phương pháp hóa lý 15 Ô IT 1.3.2 Các phương pháp loại bỏ Siloxan 27 M 1.3.3 Loại bỏ H2S phương pháp sinh học 30 ẬT 1.3.4 Một số phương pháp phổ biến làm khí sinh học giới 37 U 1.3.5 Cơng nghệ làm khí sinh học Việt Nam 41 KĨ TH 1.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SINH HỌC BẰNG THIẾT BỊ LY TÂM TRỌNG LỰC TỐC ĐỘ CAO 43 LV TS 1.5 HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC 46 CHƯƠNG 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 MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU 48 2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 53 2.2.1 Quy trình thí nghiệm 53 ii 2.2.2 Các nội dung nghiên cứu 59 2.2.2.1 Nội dung Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 59 2.2.2.2 Nội dung Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ quay thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 60 2.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 60 G 2.2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 61 RƯ Ờ N 2.2.2.5 Nội dung Đánh giá độ bão hòa dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian 62 2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 63 Ô IT 2.3.1 Phương pháp thực nghiệm 63 M 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu phân tích 64 ẬT 2.3.3 Phương pháp kế thừa 66 U 2.3.4 Phương pháp chuyên gia 67 TH 2.3.5 Phương pháp tính tốn 67 KĨ CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 68 LV TS 3.1 MƠ 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 DỊNG 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 iii 3.5 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN 82 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 87 LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G PHỤ LỤC 90 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) Tỉ lệ 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 hịa tan STOC Tổng cacbon hữu hòa tan Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Tổng cacbon hữu TS Tổng chất rắn TXLNT Trạm xử lý nước thải VS Chất rắn bay TH U ẬT M Ô TCVN KĨ Xử lý nước thải LV TS XLNT Ờ N RƯ IT Cacbon tổng số TC G QG/QL v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần tính chất khí sinh học Bảng 1.2 Một số phương pháp làm CO2 từ hỗn hợp biogas 38 Bảng 1.3.Một số phương pháp làm H2S từ hỗn hợp biogas 39 Bảng 2.1 Giá trị đặc trưng bùn hữu sử dụng nghiên cứu Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 Chất lượng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện 56 Ờ N G Bảng 2.3 Các thơng sớ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 59 IT RƯ Bảng 2.4 Các thông số thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa tớc độ quay thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 60 M Ô Bảng 2.5 Các thơng sớ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 61 U ẬT Bảng 2.6 Các thơng sớ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 61 TH Bảng 2.7 Đánh giá độ bão hòa dung dịch hấp thụ theo thời gian 62 KĨ Bảng 2.8 Các bước thực thí nghiệm làm khí 622 LV TS Bảng 2.9 Các thông số và phương pháp phân tích thành phần biogas 66 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Q trình phân hủy kị khí Hình 1.2 Sơ đồ q trình phân hủy kị khí chất thải hữu Hình 1.3 Sơ đồ làm khí biogas dịng ngược 18 Hình 1.4 Loại bỏ H2S phương pháp lọc sinh học 31 Hình 1.5 Sơ đồ làm khí biogas dịng ngược 33 Ờ N G Hình 1.6 Sơ đồ làm khí biogas dịng ngược 34 RƯ Hình 1.7 Hiệu suất loại bỏ H2S phương pháp sinh học 35 IT Hình 1.8 Sơ đồ ứng dụng khí sinh học Error! Bookmark not defined.2 M Ơ Hình 1.9 Thiết bị làm khí biogas HGRPB dùng nghiên cứu Error! Bookmark not defined.4 U ẬT Hình 1.10 Nguyên lý thiết bị làm khí biogas HGRPB dùng nghiên cứu Error! Bookmark not defined TH Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy 570 KĨ Hình 2.2 Sơ đồ mơ hình xử lý bùn yếm khí nhà máy 572 LV TS Hình 2.3 Thiết bị làm khí biogas HGRPB thực tế pilot 574 Hình 2.4 Bớ trí thí nghiệm nghiên cứu 575 Hình 2.5 Túi chứa biogas thơ (bên phải) túi chứa biogas tinh (bên trái) 576 Hình 2.6 Bồn chứa máy khuấy trộn hóa chất 57 Hình 2.7 Động 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 trường 65 76 HCO2 (%) 50.00% 69.42% 100% 93.71% 77.85% 81.51% 97.80% 87.30% 81.51% 79.19% 77.85% 69.42% 50.00% G 60% Ờ N 40% CO2 H2S RƯ Hiệu suất loại bỏ % 80% Ô IT 20% M 0% 600 900 1200 1500 U ẬT Tốc độ quay thiết bị (rpm) KĨ TH Hình 3.3 Ảnh hưởng tớc độ quay thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 LV TS Từ đồ thị Hình 3.3 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng dần tăng tốc độ quay thiết bị HGRPB từ 600 - 1200 rpm Kết này là tăng tốc độ quay thiết bị dung dịch lỏng càng tạo màng mỏng hay giọt nhỏ để q trình chuyển khới pha khí và pha lỏng triệt để và trình hấp thụ diễn hoàn toàn Cụ thể tốc độ quay thiết bị tăng từ 600 ÷ 1200 rpm hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng nhanh tương ứng từ 79,19÷93,71% 50÷77,85% Tuy nhiên, với tớc độ quay lớn (1500 rpm) hiệu suất tăng lên không đáng kể, hiệu suất đạt 81,5 % đối với CO2 97,8% đối với H2S Xu hướng này tương tự Gou và cộng hiệu loại bỏ H2S nhận tối ưu đạt 99,8% tớc độ quay thiết bị là 1100 vịng/phút và cao so với kết nghiên cứu Chu và cộng tốc độ quay thiết bị là 1200 vòng/phút việc loại bỏ CO2 77 Do đó, với hiệu loại bỏ thí nghiệm này, chọn tốc độ quay thiết bị là 1200 rpm cho thí nghiệm 3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DỊNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 Với giá trị nồng độ Ba(OH)2 là 0,01 M và tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm đã lựa chọn Thí nghiệm này thực điều kiện tớc độ dịng khí là 2,5; 5,0; 7,5; 10 lít/phút Ta có kết sau: G Kết thử nghiệm ảnh tốc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 Ờ N Thí nghiệm 3567 Ô IT [H2S] (ppm) RƯ Thông số ban đầu 27.3 U ẬT M [CO2] (%) Thông số cố định 0,25 (15 lít/h) Nồng độ Ba(OH)2(M) 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) Tớc độ quay (vịng/phút) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) LV TS KĨ TH Lưu lượng chất lỏng QL(lít/phút) Thơng số khảo sát Lưu lượng khí biogas QG (lít/phút) 2,5; 5; 7,5; 10 Thông số theo dõi CCO2, CH2S Kết quả Lưu lượng khí biogas QG (lít/phút) [H2S] (ppm) 2.5 7.5 10 166 202 270 320 78 154 211 302 387 170 270 280 345 Tb CH2S % 163.33 227.67 284.00 350.67 HH2S (%) 95.42% 93.62% 92.04% 90.17% [CO2] (%) 6.5 7.5 8.8 10.7 5.8 6.9 7.3 11.6 6.2 7.2 9.5 9.5 6.17 7.20 8.53 10.60 77.41% 73.63% 68.74% 61.17% Tb CCO2 ppm Ờ N G HCO2 (%) 95.42% Ô 93.62% ẬT 73.63% 68.74% U 61.17% TH 60% 90.17% M 77.41% 80% 92.04% KĨ H2S CO2 LV TS Hiệu suất loại bỏ % 100% 40% IT RƯ Kết nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng khí vào hiệu suất tách H 2S, CO2 Hình 3.4 20% 0% 2.5 7.5 10 Tốc độ khí (l/phút) Hình 3.4 Ảnh hưởng tớc độ dịng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 Từ đồ thị biểu diễn Hình 3.4 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 giảm dần tớc độ khí tăng dần điều kiện tớc độ dịng chất lỏng và tớc độ quay thiết bị xác định Điều này giải thích là tăng tớc độ dịng khí cung cấp lượng lớn hàm lượng H2S, CO2 và làm giảm thời gian tiếp xúc khí và lỏng, dẫn tới việc loại bỏ H 2S, CO2bị hạn chế tớc độ dịng khí cao và nồng độ chất lỏng định Cụ thể tăng tốc độ khí từ 79 2,5 - 10 (lít/phút) hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 giảm tương ứng từ 95,42 xuống 90,17% và từ 77,41 xuống 61,17% và giảm cách nhanh xuống 90,17% đối với H2S 61,17% đối với CO2 So sánh với liệu phát Chu và cộng cho thấy xu hướng giá trị thử nghiệm, hiệu suất loại bỏ SO2 đạt 98% sử dụng dung dịch hấp thụ Na2SO3 Như vậy để loại bỏ H2S, CO2 biogas thiết bị HGRPB ta chọn tớc độ khí vào thiết bị là 2,5 (lít/phút) 3.5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 Ô IT RƯ Ờ N G Với điều kiện thí nghiệm thu là nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 0,01 M, tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tớc độ khí QG 2,5 lít/phút,tiếp tục thực thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịc Thí nghiệm thực điều kiện tớc độ dịng dung dịch là 3,0; 5,0; 7,5 và 15 l/h (tương đương 0,05; 0,083; 0,125; 0,25 lít/phút) Kết thực sau: ẬT M Kết thử nghiệm ảnh tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2 LV TS [H2S] (ppm) KĨ TH U Thí nghiệm [CO2] (%) Thông số ban đầu 3567 27.3 Thông số cố định Nồng độ Ba(OH)2(M) 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) Tớc độ quay (vịng/phút) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) Lưu lượng biogas QG (lít/phút) 2,5 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 3) Thơng số khảo sát Lưu lượng khí chất lỏng QL(lít/h) 3; 5; 7,5; 15 tương ứng (0.05; 0.083; 0.125; 80 0.25; 2.5 lít/phút) Tương ứng tỉ lệ QG/QL 50, 30, 20, 10 Thông số theo dõi CCO2, CH2S Kết quả 0.083 0.125 0.25 71.2 69 81.2 114.2 68 65 89.3 109.8 63 62 78.4 98.7 Tb CH2S % 67.40 65.33 82.97 107.57 HH2S (%) 98.11% 98.17% 97.67% 96.98% [CO2] (%) 6.4 3.9 4.2 4.3 3.5 3.9 3.7 2.9 3.7 3.5 6.17 3.43 3.93 3.83 77.41% 87.42% 85.59% 85.96% TH Tb CCO2 ppm KĨ HCO2 (%) RƯ IT Ô M U ẬT 6.2 5.9 G 0.05 Ờ N Lưu lượng chất lỏng QL (lít/phút) [H2S] (ppm) LV TS Kết nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch vào hiệu suất tách H2S, CO2 thể Hình 3.5 81 100% Hiệu suất loại bỏ % 98.11% 80% 98.17% 97.67% 87.42% 85.59% 96.98% 85.96% 77.41% 60% H2S 40% CO2 20% 0.083 0.125 0.25 Ờ N 0.05 G 0% RƯ Tốc độ lỏng (l/phút) IT Hình 3.5 Ảnh hưởng tớc độ dịng dung dịch đến hiệu suất loại bỏH2S, CO2 M Ô Từ kết Hình 3.5 ta thấy hiệu suất loại bỏ H2S CO2 tăng dần ẬT tốc độ dung dịch hấp thụ tăng dần điều kiện dịng khí và tớc độ quay thiết bị U xác định Điều này giải thích là tăng lưu lượng dung dịch hấp thụ TH khoảng thời gian tương tác với thể tích khí KĨ lượng dung dịch qua nhiều cho hiệu cao Như vậy chứng LV TS tỏ tớc độ dung dịch càng cao càng có lợi cho q trình làm biogas Cụ thể với tớc độ chất lỏng là 0,05 lít/phút hiệu suất loại bỏ H 2S sau làm đạt hiệu suất là 98,11 %, tiếp tục tăng tốc độ chất lỏng từ 0,083 -0,25 lít/phút nồng độ H2S sau làm là giảm dần 96,98%.Từ đồ thị Hình 3.4 cho thấy tăng tớc độ dịng dung dịch từ 0,05 -0,083 lít/phút hiệu suất loại bỏ CO2 tăng nhanh từ 77,41 - 87,42% tương ứng Khi tiếp tục tăng tớc độ dung dịch hiệu suất này thay đổi khơng kể, có xu hướng giảm dần So sánh với kết nghiên cứu Viện Công nghệ môi trường, kết tương tự thu tác giả nghiên cứu tối ưu thiết bị HGRPB cách khảo sát lưu lượng dịng khí vào từ QG = 2,5 l/p với lưu lượng dòng dung dịch hấp thụ là KOH từ QG = 0.05 -0.25 l/p cho kết tương tự 82 Trong nghiên cứu này nghiên cứu tới ưu hóa thiết bị nghiên cứu tốc độ quay thiết bị từ 600 - 1500 rpm Do vậy để tối ưu hiệu suất loại bỏ và tiết kiệm dung dịch ta chọn tốc độ dung dịch hấp thụ phù hợp là 0,083 (lít/phút) 3.6 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HỊA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN RƯ Ờ N G Để đánh giá mức độ bão hòa dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian, thí nghiệm thực điều kiện phù hợp đã lựa chọn là nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 0,01 M (pH = 12) và tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tốc độ khí QG là 2,5 lít/phút, tớc độ dung dịch 0,083 (lít/phút) Với độ biến thiên thời gian cách 10 phút lần đo đến dung dịch hấp thụ trở nên bão hòa trung hòa hoàn toàn (pH = – 8) Kết thực sau: Ô IT Kết thử nghiệm đánh giá độ bão hịa dung dịch hấp thụ theo thời gian Thơng số cố định ẬT M Thí nghiệm 0.01 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 1) U Nồng độ Ba(OH)2(M) 1200 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 2) Lưu lượng biogas QG (lít/phút) 2,5 (Lựa chọn giá trị từ Thí nghiệm 3) LV TS KĨ TH Tớc độ quay (vịng/phút) Lưu lượng khí chất lỏng QL tương ứng 0.083 lít/phút (Lựa chọn giá trị (lít/h) từ Thí nghiệm 4) Thông số khảo sát Thời gian hấp thụ (phút) Thông số theo dõi 0, 10, 20, 30, 40, 50…… pH dung dịch Kết biến đổi pH dung dịch theo thời gian thể Hình 3.6 83 3487 2975 3294 3252 [CO2] (%) 29.2 25.7 26.4 27.1 pH_a pH_b pH_c pH 10 11.5 11.4 11.2 11.37 20 10.9 10.3 10.6 10.6 30 10.3 9.8 10.5 10.2 40 9.5 9.6 9.7 9.6 50 8.8 9.3 9.3 9.13 60 7.4 8.8 8.4 8.2 70 6.9 8.6 8.2 7.9 7.1 7.15 RƯ (phút) IT Tgian bão hịa G [H2S] (ppm) Ờ N Trung bình 7.2 Ô 80 6.86 6.86 U ẬT M 90 TH 14 13 12 11 10 10.6 KĨ 11.37 9.6 9.13 pH LV TS 10.2 10 8.2 20 30 40 50 60 7.9 70 7.15 80 6.86 90 100 Thời gian (phút) Hình 3.5 Độ bão hịa dung dịch hấp thụ theo thời gian 84 LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G Khi trình hấp thụ diễn theo thời gian nồng độ H2S, CO2 liên tục tích lũy dịng dung dịch, đồng thời nồng độ dung dịch giảm dần theo thời gian Cụ thể đồ thị Hình 3.6 cho thấy với nồng độ ban đầu dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là 12 sau khoảng thời gian là 80 phút dung dịch hấp thụ có pH trung tính pH = 7,15 Kết cho thấy độ bão hòa dung dịch phụ thuộc vào nồng độ chất nhiễm, nồng độ nhiễm càng cao thời gian bão hòa dung dịch càng ngắn Tác giả thực với nhiều thí nghiệm và theo phương pháp tính tốn trung bình nhận thấy thời gian đạt độ bão hòa dung dịch Ba(OH)2 khoảng 80 phút 85 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Từ kết thu thí nghiệm trên, đã thiết lập thông số vận hành thích hợp cho thiết bị, đem lại hiệu làm cao nhất, đảm bảo chất lượng khí biogas phục vụ cho nhu cầu phát điện, kết sau: - Với nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 đến hiệu suất loại bỏ H2S CO2: Lựa chọn nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 thiết bị HGRPB là 0,01 M cho thí nghiệm G - Với nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ quay thiết bị HGRPB: Để RƯ thiết bị là 1200 rpm cho thí nghiệm Ờ N tối ưu mặt lượng và hiệu suất loại bỏ ta chọn tớc độ quay IT - Với nghiên cứu ảnh hưởng tớc độ khí: Để loại bỏ H2S, CO2 Ô biogas thiết bị HGRPB ta chọn tớc độ khí vào thiết bị là 2,5 M (lít/phút) ẬT - Với nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ dung dịch: Để tối ưu hiệu U suất loại bỏ và tiết kiệm dung dịch ta chọn tốc độ dung dịch hấp thụ TH phù hợp là 0,083 (l/p), tương ứng với tỷ lệ QG/QL 30 KĨ - Đánh giá độ bão hòa dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian: LV TS Sau đã xác định thơng sớ thích hợp cho q trình làm khí bao gồm: CBa(OH)2 0,01 M (pH = 12), tốc độ quay thiết bị HGRPB là 1200 rpm, tớc độ khí QG là 2,5 lít/phút, tớc độ dung dịch 0,083 (lít/phút), nghiên cứu đã xác định thời gian đạt độ bão hòa dung dịch Ba(OH)2 80 phút KIẾN NGHỊ - Sử dụng hóa chất Ba(OH)2 và thơng sớ vận hành thích hợp để xử lý khí thải sinh học có tính chất nhiễm tương tự để đạt độ tinh khiết cao, với hàm lượng H2S < 50 ppm, đáp ứng yêu cầu cấp cho máy phát 86 - Tiếp tục thử nghiệm hóa chất khác và tìm kiếm thơng sớ vận hành phù hợp nhằm đa dạng hóa chất xử lý khí biogas - Đề tài nên nhân rộng hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất bia nhằm ứng dụng công nghệ xử lý khí sinh học vào thực tiễn và LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G giảm thiểu ô nhiễm môi trường 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G Khan Imran Ullah, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Haslenda Hashim, Takeshi Matsuura, AF Ismail, et al, 2017, Biogas as a renewable energy fuel– A review of biogas upgrading, utilisation and storage, Energy Conversion and Management, 150:277-94 Bộ sách tham khảo Đỗ Văn Mạnh (chủ biên), Trịnh Văn Tuyên, Lê Xuân Thanh Thảo, Lê Minh Tuấn, Trần Thị Liên, Nguyễn Tuấn Minh, Kỹ thuật tiền xử lý bùn, phân hủy yếm khí, làm khí Biogas và phát điện Nhà Xuất khoa học tự nhiên và công nghệ Wonglertarak Watcharapol, Boonchai Wichitsathian, 2014, Alkaline pretreatment of waste activated sludge in anaerobic digestion, J Clean Ener Technol, 2:118-21 Mao Chunlan, Yongzhong Feng, Xiaojiao Wang, Guangxin Ren, 2015, Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45:540-55 Lee Tsung-Han, Sheng-Rung Huang, Chiun-Hsun Chen, 2013, The experimental study on biogas power generation enhanced by using waste heat to preheat inlet gases, Renewable energy, 50:342-7 Ryckebosch E., M Drouillon, H Vervaeren, 2011, Techniques for transformation of biogas to biomethane, Biomass and Bioenergy, 35:1633-45 Lettinga G, POLL HULSHOFF, 1995, Anaerobic reactor technology: reactor and process design, International Course on anaerobic treatment, Wageningen Agricultural University/IHE Delft, Wageningen, 17:28 Gauli Bibesh, 2018, Commissioning of Biogas Reactor Helsinki Metropolia University of Applied Sciences Deublein Dieter, Angelika Steinhauser, 2011, Biogas from waste and renewable resources: an introduction John Wiley & Sons 10 Persson M., Jonsson, O., Wellinger, A., 2007, Biogas upgrading to vehicle fuel standards and grid., EA Bioenerg., 1–32 11 Bailón Allegue L., Hinge, J., 2014, Biogas upgrading Evaluation of methods for H2S removal, Danish Technological Centre, Copenhagen:1–31 88 LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G 12 Huertas J.I., Giraldo, N., Izquierdo, S., 2011, Removal of H2S and CO2 from biogas by amine absorption, Mass Transfer in Chemical Engineering Processes, 307 13 Bauer Fredric, Tobias Persson, Christian Hulteberg, Daniel Tamm, 2013, Biogas upgrading – technology overview, comparison and perspectives for the future, Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 7:499-511 14 Schiavon D.C., Cardoso, F.H., Frare, L.M., Gimenes, M.L., Pereira, N.C., 2014, Purification of biogas for energy use, 37: 643–8 15 Ga Bùi Văn, 2008, Sử dụng biogas để chạy động diesel cỡ nhỏ, Đại học Đà Nẵng, 16 Nguyễn Thành Thuận, 2011, Nghiên cứu cải tiến cơng nghệ đốt khí biogas lị dầu truyền nhiệt 17 Nguyễn Cơng Thắng, 2012, Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu Biogas nén cho xe tải nhẹ 18 Qian Zhi, Qi Chen, Ignacio E Grossmann, 2017, Optimal synthesis of rotating packed bed reactor, Computers & Chemical Engineering, 105:15260 19 Lu X., P Xie, D B Ingham, L Ma, M Pourkashanian, 2018, A porous media model for CFD simulations of gas-liquid two-phase flow in rotating packed beds, Chemical Engineering Science, 189:123-34 20 C Ramshaw, 1995, The Incentive for Process Intensification, Proceedings of 1st International Conference of Process Intensification for Chemical Industry 1995 21 Trương Thị Hòa Đỗ Văn Mạnh , cộng sự, 2019, Báo cáo tổng kết đề tài thuộc Nhiệm vụ Nghị định thư: "Nghiên cứu phát triển cơng nghệ thích ứng xử lý bùn hữu thu khí sinh học phát điện", Viện Cơng nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 22 Emami-Meibodi Majid, Mojtaba Soleimani, Soheil Bani-Najarian, 2018, Toward enhancement of rotating packed bed (RPB) reactor for CaCO nanoparticle synthesis, International Nano Letters, 8:189-99 23 Tippayawong N, P Thanompongchart, 2010, Biogas quality upgrade by simultaneous removal of CO2 and H2S in a packed column reactor, Energy, 35:4531-5 89 LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G 24 Guo Kai, Jiawu Wen, Ying Zhao, Yu Wang, Zhenzhen Zhang, et al, 2014, Optimal packing of a rotating packed bed for H2S removal, Environmental science & technology, 48:6844-9 25 Chu Guang-Wen, Jia Fei, Yong Cai, Ya-zhao Liu, Yue Gao, et al, 2018, Removal of SO2 with sodium sulfite solution in a rotating packed bed, Industrial & Engineering Chemistry Research, 57:2329-35 90 PHỤ LỤC LV TS KĨ TH U ẬT M Ô IT RƯ Ờ N G KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM