công trình khí sinh học

trình bày công trình khí sinh học

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích LỜI MỞ ĐẦU Khí sinh học lần đầu tiên được phát hiện vào cuối thế kỷ 18. Nó là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp. Thành phần chủ yếu của khí sinh học là mêtan chiếm khoảng 60 – 70%, phần còn lại là CO 2 thường dao động từ 35 – 40%. Ngoài ra còn một phần rất nhỏ các hỗn hợp khí khác như H 2 S, H 2 , O 2 , N 2 ,… Các khu vực nông thôn ở các nước đang phát triển có sự đa dạng về sinh khối có sẵn như củi, chất thải nông nghiệp và chất thải động vật. Khí sinh học giải quyết một phần nhu cầu về chất đốt, nhiên liệu để thắp sáng, củi, dầu lửa,… góp phần cải thiện môi trường và đời sống ở nông thôn. Đến nay việc sử dụng khí sinh học được phát triển rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới. Trung Quốc và Ấn Độ là hai nước đang phát triển đứng đầu về mức độ phát triển công nghệ khí sinh học trên thế giới. Hiện nay, Trung Quốc có khoảng 7 triệu công trình cỡ gia đình, khoảng 800 công trình cỡ trung và cỡ lớn, và khoảng 50 nghìn công trình khí sinh học xử lý nước thải sinh hoạt. Tại Ấn Độ hiện có hơn 3 triệu công trình đã được xây dựng. Cả hai nước đều đầu tư vào việc ứng dụng công nghệ khí sinh học toàn diện và thu được kết quả tốt trong các mặt sử dụng khí (dùng để đun nấu, thắp sáng, chạy máy nổ, ấp trứng, sưởi ấm gà con,…). Tại Việt Nam, công nghệ khí sinh học được ứng dụng thử nghiệm từ những năm 60. Đến nay ở nước ta, số công trình khí sinh học được xây dựng trong toàn quốc khoảng 30000. Công trình khí sinh học không những nhằm bảo vệ môi trường mà còn cung cấp khí thỏa mãn các nhu cầu đun nấu, thắp sáng,… cho người dân. SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặt vấn đề Sự gia tăng dân số cùng với Khoa học kỹ thuật phát triển sử dụng rộng rãi các loại năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt,…) trong công nghiệp, nông nghiệp và dân dụng làm chóng cạn và đã dẫn đến khủng hoảng nghiêm trọng các dạng năng lượng này. Để ngăn chặn sự đe dọa môi trường cần thiết tìm ra các nguồn tài nguyên khác của năng lượng có thể phục hồi như năng lượng thủy triều, năng lượng gió, năng lượng mặt trời. Gần đây, việc khai thác nguồn năng lượng sinh học nhằm đáp ứng các nhu cầu về chất đốt và làm nguyên liệu cho các động cơ đốt trong đang được con người quan tâm, nhất là người dân ở nông thôn với nguồn nguyên liệu chủ yếu từ phân gia súc, gia cầm, lá cây sau khi thu hoạch… Ngoài ra, nước thải giàu chất hữu cơ của những ngành công nghiệp cũng là một trong những nguyên liệu được quan tâm và nghiên cứu để sản xuất khí sinh học. Hiện nay, ngành công nghiệp chế biến cao su ở nước ta đang phát triển mạnh với sản lượng cao su chế biến ngày càng tăng, kèm theo đó là lượng nước thải ra. Đây là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường thêm trầm trọng. Nước thải chế biến cao su chủ yếu chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học (95%) như axit béo, đường, protein, lipid và các muối khoáng. Các thành phần của nước thải chế biến cao su hoàn toàn thích hợp cho xử lý sinh học để sản xuất khí sinh học. Bên cạnh sản lượng cao su tăng lên là nguồn nhiên liệu sử dụng để sấy cao su ngày càng nhiều. Do đó, tiềm năng sử dụng khí sinh học làm nguồn cung cấp nhiên liệu phục vụ cho công việc này rất được khuyến khích. Sử dụng nước thải chế biến cao su để sản xuất khí sinh học góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường, đồng thời sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích để sấy cao su sẽ tiết kiệm được nguồn nhiên liệu đốt. Xuất phát từ những vấn đề trên, đề tài ‘’ Nghiên cứu sản xuất và sử dụng khí sinh học từ nước thải ngành chế biến cao su” được thực hiện. 1.2. Mục tiêu của luận văn - Xác đònh khả năng sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su; - Xác đònh hiệu quả sử dụng khí sinh học vào việc sấy cao su tờ; - Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chế biến cao su tờ sau quá trình sản xuất khí sinh học. 1.3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nước thải chế biến cao su tờ (RSS) trong sản xuất thực tế và dựa trên mô hình pilot xử lý nước thải với công suất xử lý 2 m 3 /ngày. Số liệu được thu thập và phân tích tại Phòng Thí Nghiệm Nước thải − Bộ Môn Chế Biến − Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam. 1.4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp: tổng hợp tài liệu có liên quan đến khí sinh học và nước thải chế biến cao su - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Nghiên cứu quá trình lên men kỵ khí sinh khí sinh học + Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất khí sinh học - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm + Phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở xây dựng, vận hành và kiểm nghiệm mô hình mô phỏng ở quy mô pilot. + Phân tích các chỉ tiêu lý hóa trong phòng thí nghiệm theo TCVN của nước thải đầu vào và đầu ra bể xử lý sinh học kỵ khí. SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích 1.5. Phạm vi nghiên cứu Đánh giá khả năng sản xuất và sử dụng khí sinh học từ nước thải chế biến cao su tờ dựa trên mô hình pilot. SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU 2.1. Nguồn gốc nước thải chế biến cao su 2.1.1. Phương pháp chế biến Một cách tổng quát, sản phẩm của công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên có thể được chia làm hai loại: cao su khô và cao su lỏng. Cao su khô là các sản phẩm dưới dạng rắn như cao su khối, cao su tờ, cao su crepe,… Cao su lỏng là các sản phẩm dưới dạng mủ cao su cô đặc để có hàm lượng cao su khoảng chừng 60%. Do phương pháp chế biến chủ yếu là phương pháp ly tâm nên cao su lỏng cũng thường được gọi là mủ ly tâm. Quá trình chế biến mủ ly tâm cũng cho ra một phụ phẩm là mủ skim, chứa khoảng 5% cao su. Trong chế biến cao su khối, mủ cao su tiếp nhận tại nhà máy được khuấy trộn điều trong một bồn chứa, rồi được pha loãng rồi để lắng trong một thời gian. Mủ cao su đã pha loãng sau đó được chuyển sang các mương và được cho thêm axit (axit fomic hay axit axetic). Dưới tác dụng của axit, mủ cao su đông lại thành khối tách khỏi phần dung dòch còn lại (gọi là serum). Các khối cao su sau đó được gia công bằng nhiều loại máy khác để tạo thành các hạt cốm có kích thước chừng 3 – 5 mm. Các thiết bò sấy sẽ làm khô các hạt cốm, và sau đó máy nén sẽ nén các hạt đã khô lại thành khối. Các sản phẩm cao su khô khác như cao su tờ và cao su crepe cũng trải qua quá trình chế biến tương tự như trên, ngoại trừ sự tạo hạt. Các thành phần tờ và crepe này có dạng tấm mỏng. SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích 2.1.2. Quy trình sơ chế mủ cao su 2.1.2.1. Quy trình chế biến mủ ly tâm Mủ nước có khoảng 30% hàm lượng cao su khô (DRC) và 65% nước, thành phần còn lại là các chất phi cao su. Các phương pháp đã được triển khai để cô đặc mủ nước từ vườn cây là ly tâm, tạo kem và bốc hơi. Trong công nghiệp ly tâm do sự khác nhau giữa tải trọng cao su nước, các hạt cao su dưới dạng serum được tách ra nhờ lực ly tâm để sản xuất ra mủ ly tâm với tiêu chuẩn 60% DRC. Mủ ly tâm sau đó được xử lý với các chất bảo quản phù hợp và đưa vào bồn lưu trữ và để ổn đònh tối thiểu từ 20 – 25 ngày trước khi xuất. Một sản phẩm phụ của công nghệ chế biến mủ ly tâm là mủ skim (DRC) khoảng 6%. Mủ skim thu được sau khi ly tâm được đánh đông bằng axit và sơ chế thành các tờ crepe dày hay sử dụng để sản xuất cao su cốm dưới nhiều dạng khác nhau. Sau đây là sơ đồ công nghệ sản xuất của cao su ly tâm: SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích Sơ đồ công nghệ sản xuất cao su ly tâm Máy ly tâm Mủ nước vườn cây Mủ ly tâm Mủ skim Đánh đông Serum skim Cao su skim Cán crep Amonia Nước thải Nước thải Nước thải Axít sunfuric Nước để rửa các phương tiện tiếp nhận, bồn chứa, sàn Nước thải chung SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích 2.1.2.2. Công nghệ chế biến cao su cốm Trong công nghệ này, mủ nước từ vườn cây cao su sau khi được đánh đông bằng axit và mủ đông vườn cây được đưa vào dây chuyền máy sơ chế để đạt kết quả sau cùng là các hạt cao su có kích thước trung bình 3 mm trước khi đưa vào lò sấy. Cao su sau khi sấy xong được đóng thành bành có trọng lượng 33,3 Kg hay tùy theo yêu cầu của khách hàng. Sơ đồ công nghệ sản xuất cao su cốm SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 9 BỒN NGÂM RỬA Nước rửa Nước rửa Nước rửa Nước rửa MỦ NƯỚC VƯỜN CÂY BỒN NHẬN MỦ CÁN CREPE SỐ 2 CÁN CREPE SỐ 3 CÁN CREPE SỐ 1 MÁY CÁN CẮT LÒ SẤY ĐÓNG BÀNH / ĐÓNG GÓI CAO SU CỐM MƯƠNG ĐÁNH ĐÔNG MÁY BĂM BÚA Nước rửa Nước pha loãng Axit foocmic / Axit acetic MỦ ĐÔNG VƯỜN CÂY / MỦ TỜ Nước thải Rửa Serum/Rửa Nước thải Nước thải Nước thải Nước thải hỗn hợp của nhà máy Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Bích 2.1.2.3. Công nghệ chế biến mủ tờ Mủ nước vườn cây được lọc tự nhiên để loại bỏ tạp chất, các mảnh vụn, cát,… Mủ sau đó được đổ vào các khuấy đánh đông và được pha loãng để DRC còn khoảng 10%, pH của mủ giảm xuống còn 4,5 bằng cách sử dụng axit fomic hay axit axetic và mủ nước thường để đông đặc qua đêm. Sau khi hoàn toàn đông đặc, tấm mủ đông nổi lên trên serum và được đưa qua giàn cán mủ tờ. Cặp trục đối của giàn cán có cắt rãnh để tạo lớp nhăn trên mủ. Tờ mủ sau đó được đem phơi cho khô sau đó được đưa vào lò xông để sản xuất mủ tờ xông khói (RSS). Mủ tờ hong khói (ADS) là một dạng mủ tờ không xông khói có màu vàng lợt. Việc chế biến mủ ADS hoàn toàn giống như chế biến mủ RSS ngoại trừ không xông khói. Người ta thêm 0,04% muối metabisulphit vào mủ nước để giữ màu cao su. Sau đây là sơ đồ công nghệ sản xuất cao su mủ tờ: SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 10 [...]... Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hóa sinh học để phân hủy và biến đổi các hợp chất hữu cơ phức tạp thành một loại khí cháy được gọi là khí sinh học 3.1.2.1 Hóa sinh học của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan Có thể chia quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan thành 3 giai đoạn chính như sau: Các giai đoạn của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan Giai đoạn I SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng Giai... lượng do một mét khối khí khi cháy hết tỏa ra là nhiệt trò của khí đó Mêtan có nhiệt trò 35822 KJ/m3 (8570 Kcal/ m3) 3.1.2 Cơ sở sinh học của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng 18 Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích Lên men kỵ khí sinh mêtan là quá trình vi sinh vật học với sự tham gia của hàng trăm chủng loại vi khuẩn kỵ khí không bắt buộc Các vi sinh vật này tiến hành... trong bể tiêu hóa sản xuất khí sinh học không bao giờ có sự phân chia dứt khoát như vậy Toàn bộ các quá trình hóa học của cả 3 giai đoạn hoạt động song song và đồng bộ với nhau: sản phẩm sinh ra ở giai đoạn I sẽ được sử dụng hết ở giai đoạn II, tiếp đó toàn bộ sản phẩm sinh ra ở giai đoạn II sẽ được vi khuẩn sinh mêtan sử dụng hết để tạo thành khí sinh học Cứ như thế “lò sinh khí hoạt động như một xí... hợp khí còn chứa dấu vết các khí H2S, H2, O2, N2,… xem bảng sau: Bảng 3: Thành phần khí sinh học (%) CH4 Mỹ 54 – 70 Nước sản xuất Đức 53,8 – 62,0 Ấn Độ 35 – 70 CO2 27 – 45 37,0 – 44,7 28 – 55 N2 5,30 1,0 1,0 H2 1 – 10 9,3 1 – 10 CO 0,10 0,10 0,10 O2 0,10 0,10 0,10 Loại khí H2S Vết Vết Vết (Nguồn: Sản xuất và sử dụng khí sinh vật_ Ngô Kế Sương , 1981) Khí sinh học cháy cho ngọn lửa màu xanh, không sinh. .. việc sản xuất khí sinh học Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men sản xuất khí sinh học như nhiệt độ bao quanh, độ pH của môi trường, tỷ lệ C/N của nguyên liệu, pha loãng nguyên liệu, thời gian cầm giữ, đặc tính nguyên liệu, tốc độ bổ sung nguyên liệu,… 3.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ tốt nhất cho lên men tạo khí sinh học là 35 0C, thấp hơn nhiệt độ tối ưu này tốc độ sinh khí giảm dần... dụng khí sinh vật_ Ngô Kế Sương , 1981) 3.3 Các biện pháp xử lý khí sinh học trước khi sử dụng Ngoài mêtan, khí sinh học còn chứa các tạp chất như CO 2, H2S và cả hơi nước Khi các tạp chất này có tỷ lệ cao có thể gây nên những biến cố không lường trước được: hơi nước ngưng tụ có thể làm tắt ống dẫn khí, khí cacbonic và H2S có thể biến thành các axit gây hỏng các thiết bò Vì vậy cần phải xử lý khí trước... dụng khí sinh vật_ Ngô Kế Sương , 1981) 3.2.2 Ảnh hưởng của pH Độ pH thích hợp nhất cho lên men sản xuất khí sinh học nằm trong giới hạn từ 6,5 – 7,5 Trong điều kiện này sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh mêtan đạt giá trò cực đại, pH nhỏ hơn 6,4 có nghóa là axit nhẹ được sinh ra nên vượt quá khả năng sử dụng của vi khuẩn sinh mêtan, nếu pH tiếp tục giảm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sinh. .. 3.1.2.2 GVHD: TS Nguyễn Ngọc Bích Vi sinh vật của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan Nhiều loại vi khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp có trong các phế liệu nông nghiệp, công nghiệp, chế biến nông sản và dân dụng để tạo khí mêtan Có thể chia thành hai nhóm chính: nhóm vi khuẩn không sinh mêtan và nhóm vi khuẩn sinh mêtan  Nhóm vi khuẩn không sinh mêtan Bằng những phương pháp... sắt và bột sắt Oxit sắt có thể tái sinh bằng cách để ra ngoài không khí Cũng có thể dùng oxit kẽm tuy nhiên oxit kẽm khó tái sinh 3.4 Lợi ích của khí sinh học 3.4.1 Lợi ích về kinh tế 3.4.1.1 Khí sinh học như là nguồn năng lượng Khí sinh học là một loại khí dễ cháy Nó cung cấp năng lượng, bao gồm cung cấp nhiệt, loại nhiệt này có thể được sử dụng theo nhiều cách thức như đun SVTH: Phạm Thò Thanh Hằng... khí bùn) là sản phẩm bay hơi được của quá trình lên men kỵ khí phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp Do mêtan là thành phần chủ yếu nên khí sinh học là một loại khí cháy được Tùy thuộc vào nguyên liệu, thời gian phân hủy và nhiệt độ của môi trường bao quanh, hàm lượng mêtan trong hỗn hợp khí dao động từ 60 – 70% Trong điều kiện vi sinh vật hoạt động kém, lượng khí mêtan có thể giảm còn 40 – 50% Phần . khí cháy được gọi là khí sinh học. 3.1.2.1. Hóa sinh học của quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan Có thể chia quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan thành 3. liên quan đến khí sinh học và nước thải chế biến cao su - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết + Nghiên cứu quá trình lên men kỵ khí sinh khí sinh học + Nghiên