Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất khí sinh học

Nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo + Nghề chăn nuôi gia súc gia cầm đã chuyển từ sản xuất nhỏ sang sản xuất hàng hóa quy mô vừa => KSH sẽ là nguồn NL chính trong tương lai. Sử dụng công nghệ biogas quy mô gia đình là giải pháp hữu hiệu cho phép kết hợp hài hòa giữa cung cấp năng lượng với giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở nông thôn miền núi nước ta. Lượng khí sinh học, chủ yếu từ hầm Biogas thu gom phân chuồng, được khai thác chiếm tỷ lệ nhỏ so với tổng tiềm năng lý thuyết về khí sinh học.

K57 – Khoa học đất Ứng dụng vi sinh vật trong sản xuất khí sinh học Giáo viên hướng dẫn: TS. Trần Thị Tuyết Thu Sinh viên: 1. Lê Thị Toàn 2. Nguyễn Thu Trang 3. Nguyễn Thùy Trang Nội dung 1.Tổng quan về khí sinh học 1.1. Khí sinh học 1.2. Ứng dụng 2.Sản xuất khí sinh học 2.1. Cơ chế sản xuất khí sinh học 2.2. Hầm Biogas 2.3. Các nhóm vi sinh vật trong sản xuất KSH 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng 2.5. Ưu và nhược điểm 3.Khí sinh học Việt Nam 3.1. Hiện trạng 3.2. Tiềm năng 3.3. Quản lý 1.1. Khí sinh học • Biogas(khísinhhọc)là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩntrong môitrườngyếmkhí. • Thành phần:  CH4: 60-70%  CO2: 30-40%  Còn lại: N2, H2, CO, CO2, H2S,… • CH4 chiếm một lượng lớn, được sử dụng để tạo ra năng lượng khí đốt. • Lượng CH4 phụ thuộc vào quá trình sinh hóa và nguyên liệu đầu vào. 1. Tổng quan về khí sinh học 1.2. Ứng dụng của khí sinh học …1.2. Ứng dụng của khí sinh học Xe buýt chạy bằng nhiên liệu khí sinh học Mô hình nhà máy điện chạy bằng KSH 2. Sản xuất khí sinh học 2.1. Cơ chế sản xuất khí sinh học 2.2. Hầm Biogas 2.3. Các nhóm vi sinh vật trong sản xuất KSH 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng 2.5. Ưu và nhược điểm 2.1. Cơ chế sản xuất khí sinh học • Quá trình lên men phức tạp, xảy ra nhiều phản ứng. • Diễn ra theo nguyên tắc phân hủy kỵ khí (PHKK). • Sản phẩm  Khí sinh học  Chất phân hủy. • Cơ chất cho quá trình PHKK là một hỗn hợp đồng nhất của hai hay nhiều loại nguyên liệu khác nhau => quá trình “đồng phân hủy”. Nước giải và phân động vật Rác thải nông nghiệp và các sản phẩm phụ Rác thải hữu cơ có thể phân hủy được từ các ngành công nghiệp thực phẩm và nông nghiệp (có nguồn gốc động, thưc vật) Phần hữu cơ của rác thải đô thị và từ thực phẩm (có nguồn gốc động, thực vật) Bùn thải Cây năng lượng chuyên dụng 2.1.1. Nguyên liệu đầu vào Phân động vật và bùn VK kỵ khí tự nhiên cao Hàm lượng nước cao Dễ thu được …2.1.1. Nguyên liệu đầu vào • Cây năng lượng chuyên dụng Cây thân thảo (ngô, cỏ,…) Cây thân gỗ (sồi, bạch dương, liễu) …2.1.1. Nguyên liệu đầu vào [...]... dưỡng cho nhóm vi khuẩn sinh metan 2.3.2 Vi khuẩn sinh khí Metan • Theo W.E.Balch và cộng sự (Mỹ 1997), chúng 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 => vi c 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 …2.3.1 Vi khuẩn sinh khí Metan • •... béo bay hơi, alcol được OXH thành axetat, CO2, H2 Sinh H2 => tăng PH2, sản phẩm thừa của giai đoạn này và ức chế quá trình trao đổi chất của VK tạo axetat Giai đoạn tạo axetat và sinh khí metan thường diễn ra song song với nhau => sự cộng sinh của hai nhóm VSV …2.1.2 Quá trình sinh hóa của PHKK • • • • • Sinh khí metan Sản phẩm trung gian  CH4, CO2 Khí metan tạo thành:  70% từ axetat,  30% từ biến... cao • Nhược điểm  Áp suất khí thấp  Dễ hỏng  Cần được bảo dưỡng thường xuyên  Tuổi thọ thấp (2 năm)  Nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ của môi trường  Đòi hỏi diện tích bề mặt lớn …2.2.3 Hầm dạng túi ủ Mô hình hầm dạng túi ủ …2.2.3 Hầm dạng túi ủ Hầm dạng túi ủ ở VN (Nghệ An) 2.3 Các nhóm VSV trong sản xuất KSH Vi khuẩn biến dưỡng Xenlulozo Vi khuẩn sinh khí metan 2.3.1 Vi khuẩn biến dưỡng Cellulose... axit • Các vi sinh vật: hydrolytic bacteria, clostridium, protease thermocellem …2.1.2 Quá trình sinh hóa của PHKK  Tạo các axit • Đường đơn, amino axit và axit béo  axetat, CO2, H2(70%), axit béo bay hơi, rượu (30%) • Các sản phẩm khác nhau phụ thuộc vào loại VK và điều kiện nuôi cấy (pH, nhiệt độ, thế OXH-K) • Các vi sinh vật: bacteroides, suminicota, bifidobacterium …2.1.2 Quá trình sinh hóa của... Axetic Cacbon dioxit Khí Hidro Axit béo Metan Cacbon dioxit Cacbon dioxit Khí Hidro Amoniac Amino Axit Tạo axit Tạo axetat Sinh khí metan Các bước chính của quá trình PHKK ( AL SEADI 2001) …2.1.2 Quá trình sinh hóa của PHKK  Thủy phân • RH, lipit, axit nucleic, protein  glucose, glycerol, purines, pyridines • VSV thủy phân tiết ra enzyme thủy phân, biến đổi các polymer sinh học thành dạng đơn giản... mecraptoethan – sulfonic – acid)  Coenzyme F420 (một loại flavin mononucleotides) Đều là reductase, chỉ có mặt ở nhóm VK sinh khí metan Phát triển mạnh khi có lượng CO2 đầy đủ, N khoảng 3,5 mg/g bùn lắng, cung cấp N tốt nhất từ (NH4)2CO3, NH4Cl Bảng Các họ vi khuẩn sinh khí metan Họ Bao gồm Methanococ 1 chi Methanococcus, caceae 6 loài Nguồn cơ chất sinh metan H2, CO2, format Các đặc điểm khác Sống ở môi... biến dưỡng Cellulose • • • Có enzyme cellulosase 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 …2.3.1 Vi khuẩn biến dưỡng Cellulose • Biến dưỡng trong điều kiện yếm khí cho ra: CO2, H2 và một số chất tan trong nước như format, acetat, alcol, methylic, methylamine... quá trình lên men các CHC do các VSV yếm khí ( Large, 1983) 2.1.3 Quá trình làm sạch khí sinh học  Hấp thụ CO2 • • Loại trừ CO2 bằng cách cho sục qua nước vôi hoặc NaOH, KOH CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + H2O CO2 + NaOH -> Na2CO3 + H2O Na2CO3 + CO2 + H2O -> NaHCO3  Các kết tủa có thể dễ dàng được loại bỏ khỏi dung dịch …2.1.3 Quá trình làm sạch KSH  Tách H2S • Khí H2S ăn mòn sắt thép => cho biogas đi... với gỗ bào (vỏ bào) để loại bỏ (phương pháp “rửa khí khô”) • Sử dụng phôi sắt để tách Phôi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần • Phản ứng tách H2S Fe2O3 + 3H2S -> Fe2S3 + 3H2O Fe3O4 + 4H2S -> FeS + Fe2S3 + 4H2O FeO + H2S -> FeS + H2O • Loại trừ H2S dùng Na2CO3 H2S + Na2CO3 -> NaHS + NaHCO3 …2.1.3 Quá trình làm sạch KSH Thiết bị tách H2S Hệ thống lọc khí biogas 2.2 Hầm Biogas Hầm nắp trôi nổi Hầm dạng... năng lượng, thức ăn gia súc,… 2.1.2 Quá trình sinh hóa của PHKK • Phương trình tổng quát: (C6H10O5)n + vsv t=35oC nH2O pH=7 2nCO2 + 3nCH4 +4,5cal • Quá trình hình thành khí biogas là kết quả của nhiều giai đoạn liên tiếp liên quan chặt chẽ đến nhau • Có 4 giai đoạn chính:  Thủy phân  Tạo thành các axit  Tạo thành axetat  Sinh khí metan …2.1.2 Quá trình sinh hóa của PHKK Cacbon Hydrat Đường Axit cacbon . 1.Tổng quan về khí sinh học 1.1. Khí sinh học 1.2. Ứng dụng 2. Sản xuất khí sinh học 2.1. Cơ chế sản xuất khí sinh học 2.2. Hầm Biogas 2.3. Các nhóm vi sinh vật trong sản xuất KSH 2.4. Các. KSH 2. Sản xuất khí sinh học 2.1. Cơ chế sản xuất khí sinh học 2.2. Hầm Biogas 2.3. Các nhóm vi sinh vật trong sản xuất KSH 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng 2.5. Ưu và nhược điểm 2.1. Cơ chế sản xuất khí. vào quá trình sinh hóa và nguyên liệu đầu vào. 1. Tổng quan về khí sinh học 1.2. Ứng dụng của khí sinh học …1.2. Ứng dụng của khí sinh học Xe buýt chạy bằng nhiên liệu khí sinh học Mô hình nhà