Nghiên cứu phối trộn các chất thải hữu cơ trong sản xuất khí Biogas và tinh luyện khí Biogas dựa trên các vật liệu lọ

Header Page of 126 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Công trình ñược hoàn thành NGUYỄN THỊ THANH TUYỀN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN HAI NGHIÊN CỨU PHỐI TRỘN CÁC CHẤT THẢI HỮU CƠ TRONG SẢN XUẤT KHÍ BIOGAS VÀ TINH LUYỆN KHÍ BIOGAS DỰA TRÊN CÁC VẬT LIỆU LỌC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Phản biện 1: GS.TS Đào Hùng Cường Phản biện 2: PGS.TS Tạ Ngọc Đôn Chuyên ngành: Hóa Hữu Cơ Mã số: 60.44.27 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ khoa học họp Đà Nẵng vào ngày 27 tháng năm 2011 Có thể tìm hiểu luận văn tại: Đà Nẵng– Năm 2011 Footer Page of 126 - Trung tâm thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Vấn ñề ñặt việc sử dụng nguồn lượng sạch, lượng tái sinh nâng cao hiệu sử dụng lượng Biogas nguồn lượng tái sinh ñược hình thành Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Từng bước hoàn thiện công nghệ sinh khí xử lý khí biogas Đáp ứng nhu cầu sử dụng khí biogas ñể làm nhiên liệu cho ñộng nhằm tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN trình phân hủy kỵ khí chất hữu chất thải ñộng vật, Chương 1: Tổng quan thực vật… Chương 2: Nghiên cứu thực nghiệm Trong năm gần ñây, nguồn lượng biogas ngày Chương 3: Kết thảo luận ñược quan tâm ñầu tư phát triển nhiều quốc gia giới Ở nước ta, công trình GS.TSKH Bùi Văn Ga nghiên cứu sử CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái quát khí biogas dụng khí biogas cho ñộng ñốt trong, cho phép ứng dụng biogas ñể 1.1.1 Khí biogas chạy ñộng tĩnh kéo máy phát ñiện cỡ nhỏ Nhưng yêu cầu ñặt 1.1.2 Thành phần khí biogas phải lọc tạp chất CO2, H2S có thành phần khí Bởi CO2 1.1.3 Vai trò biogas sản xuất ñời sống chiếm thể tích lớn biogas làm giảm chất lượng nhiên 1.2 Sản xuất khí biogas liệu Còn H2S ăn mòn chi tiết ñộng 1.2.1 Nguyên liệu sản xuất Vì lý chọn ñề tài: “Nghiên cứu phối trộn 1.2.2 Vận hành chất thải hữu sản xuất khí biogas tinh luyện khí biogas 1.2.3 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất khí biogas dựa vật liệu lọc” 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến trình hình thành khí biogas MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 Cơ sở lý thuyết trình hấp thụ hấp phụ Nghiên cứu ñẩy nhanh trình sinh khí biogas cách phối trộn loại chất thải hữu Lựa chọn phương pháp vật liệu ñể lọc khí tạp với chi phí hợp 1.3.1 Quá trình hấp thụ 1.3.2 Quá trình hấp phụ 1.4 Công nghệ khử khí CO2, H2S lý cho ñối tượng 1.4.1 Nguyên tắc ĐỐI TƯỢNG PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4.2 Các phương pháp khử CO2, H2S Đối tượng: Thành phần khí biogas trước sau tinh luyện 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khí biogas giới Phạm vi: Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn chất thải hữu quy Việt Nam trình công nghệ lọc khí tạp biogas Footer Page of 126 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khí biogas giới Header Page of 126 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khí biogas Việt Nam Hình 2.1 Sơ ñồ nghiên cứu trình sinh khí biogas CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Nội dung nghiên cứu Khí biogas 2.2 Sơ ñồ nghiên cứu Quá trình nghiên cứu ñược trình bày theo sơ ñồ sau: Chất thải từ trâu bò Quá trình hấp thụ Khả sinh khí biogas nguồn nguyên liệu Chất thải từ gà Nghiên cứu hiệu suất tinh luyện khí biogas dựa số vật liệu Chất thải từ heo Xác ñịnh thành phần khí biogas từ nguồn nguyên liệu Quá trình hấp phụ Chọn phương pháp phù hợp Hình 2.2 Sơ ñồ nghiên cứu tinh luyện khí biogas 2.3 Nguyên liệu, hóa chất dụng cụ thí nghiệm 2.4 Nghiên cứu thực nghiệm Nguồn sinh khí biogas nhiều 2.4.1 Xác ñịnh khả sinh khí biogas xác ñịnh thành phần khí biogas từ trình phân hủy kỵ khí nguyên liệu Với bèo tây Phối trộn Với rác thải hữu Thiết lập mô hình Ứng với loại nguyên liệu ta có mô hình sau: - bình PVC ñường kính 30cm, cao 47cm - Trong bình chứa hỗn hợp gồm chất thải loại Khả sinh khí biogas nguồn phối trộn nguyên liệu bùn kỵ khí Nguyên liệu nạp vào 2/3 thể tích bình, 1/3 thể tích bình lại dùng ñể chứa khí sinh - Túi chứa khí Xác ñịnh thành phần khí biogas từ nguồn phối trộn - Bình ñựng nguyên liệu túi chứa khí ñược nối với ống nhựa mềm Nguyên tắc hoạt ñộng Khí biogas ñược sinh từ bình PVC nguyên liệu nhờ Chọn tỉ lệ phối trộn thích hợp Footer Page of 126 trình phân hủy kỵ khí Khí biogas sinh chứa vào túi khí, khí chứa Header Page of 126 túi ñược xác ñịnh thể tích phân tích thành phần liên tục lượng với tốc ñộ 4,5 lít/phút Trong suốt thời gian hấp phụ, tiến hành cho ñến khí biogas bình ngừng sinh Quá trình thực ño khí ñầu vào, ñầu máy ño khí GFM 435 vòng 40 – 42 ngày CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.4.2 Nghiên cứu hiệu suất tinh luyện khí biogas số vật 3.1 Khả sinh khí biogas thành phần khí loại liệu nguyên liệu 2.4.2.1 Xử lý khí biogas trình hấp thụ 3.1.1 Nội dung thực nghiệm Để xử lý khí biogas trình hấp thụ, sử dụng Nguyên liệu thí nghiệm gồm: Hỗn hợp phân bò bùn hoạt tính dung dịch sau: dung dịch sắt III clorua bão hòa (FeCl3), dung dịch kỵ khí; Hỗn hợp phân heo bùn hoạt tính kỵ khí; Hỗn hợp phân gà xút 13,6M (NaOH), dung dịch natri cacbonat bão hòa(Na2CO3) bùn hoạt tính kỵ khí Các hỗn hợp ñược cấp lần vào bình + Thiết lập mô hình PVC, bình PVC chứa khối lượng loại chất thải 3000g Ứng với dung dịch lọc ta có mô hình thí nghiệm sau: bùn hoạt tính 1000g Theo dõi liên tục vòng 42 ngày Mô hình gồm ống hấp thụ mắc nối tiếp chứa 25ml dung dịch ño lượng khí sinh ngày; ñồng thời, phân tích thành phần khí ống Một ñầu ống hấp thụ thứ nối với túi chứa khí, ñầu biogas sinh máy ño khí GFM 435 nối với ống hấp thụ thứ hai Đầu lại ống hấp thụ thứ hai 3.1.2 Kết nối với thiết bị lưu lượng Khí ñược hút vào áp lực bơm hút 3.1.2.1 Kết khả sinh khí loại nguyên liệu với tốc ñộ lit/phút Trong suốt thời gian hấp thụ, tiến hành ño khí ñầu vào, ñầu máy ño khí GFM 435 2.4.2.2 Quá trình hấp phụ Để xử lý khí biogas trình hấp phụ, sử dụng loại vật liệu sau: Điatomit, bentonit, phoi sắt ñã oxi hoá bề mặt Sau ñó, hoàn nguyên lại vật liệu cách phơi không khí + Thiết lập mô hình Ứng với vật liệu lọc ta có mô hình thí nghiệm sau: Một cột hình trụ tròn, cột ñược làm ống PVC ñường kính Φ = 60mm, chiều cao h = 1,2m, cột ñược nhồi vật liệu cho khí ñi qua ñược, ñầu cột lọc ñược nối với túi chứa khí biogas, ñầu lại ñược nối với bơm hút thông qua thiết bị ño lưu Footer Page of 126 Nhiệt ñộ (0C) V (ml) 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 30 25 20 15 10 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 Heo Gà Bò Nhiệt ñộ Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn lượng khí sinh loại nguyên liệu theo thời gian Từ hình 3.1 ta thấy: Ngày Header Page of 126 10 + Nhiệt ñộ dao ñộng khoảng 26 – 320C phân gà làm nguyên liệu ñể tiến hành việc phối trộn nhằm nâng cao + Thời gian phân hủy nguyên liệu phân gà lâu (42 ngày) ngày thứ 23 ñến ngày thứ 29 (7000ml – 8000ml), cao ngày hiệu sinh khí tăng chất lượng khí biogas 3.2 Khả sinh khí thành phần khí phối trộn chất thải từ gà với bèo tây thứ 25 (8650ml) Đối với nguyên liệu phân heo, lượng khí sinh 3.2.1 Nội dung thực nghiệm + Đối với nguyên liệu phân gà, lượng khí sinh nhiều từ nhiều từ ngày thứ 19 ñến ngày thứ 26 (5840ml – 5550ml), cao Nguyên liệu thí nghiệm gồm: Hỗn hợp phân gà, bèo tây bùn ngày thứ 21 (7800ml) Đối với nguyên liệu phân bò, lượng hoạt tính kỵ khí ñược cấp lần vào bình PVC với tỉ lệ phối trộn: khí sinh nhiều từ ngày thứ 16 ñến ngày thứ 23 (3860ml – Bảng 3.2 Tỉ lệ phối trộn chất thải từ gà với bèo tây Thành phần Bình B1 Bình B2 Bình B3 Bùn kỵ khí (g) 1000 1000 1000 Phân gà (g) 1500 2000 1000 Bèo tây (g) 1500 1000 2000 Tỉ lệ phân gà với bèo tây 1:1 2:1 1:2 3950ml), cao ngày thứ 20 (5840ml) Sau ñó, lượng khí sinh nguyên liệu ñều giảm cho ñến ngày kết thúc; giảm nhanh nguyên liệu phân bò, giảm chậm nguyên liệu phân gà + Nguyên liệu phân gà cho tổng lượng khí sinh nhiều (215610ml), nguyên liệu phân bò cho tổng lượng khí sinh (118160ml), nguyên liệu phân heo cho tổng lượng khí 171550ml Như vậy, ta thấy thành phần hữu phân gà thích hợp với vi sinh vật bùn kỵ khí 3.1.2.2 Thành phần khí biogas loại nguyên liệu Bảng 3.1 Thành phần khí biogas loại nguyên liệu Tên CH4 CO2 H2S Các chất nguyên liệu (%V) (%V) (%V) khác(%V) Phân gà 62,92 30,22 3,21 3,65 Phân heo 62,56 32,14 3,01 2,29 Phân bò 58,43 34,95 2,12 4,50 3.1.3 Thảo luận Từ kết thực nghiệm ta thấy: ñiều kiện thực nghiệm nguyên liệu phân gà cho lượng khí biogas sinh nhiều hàm lượng CH4 cao Do ñó, chọn Theo dõi liên tục vòng 40 ngày ño lượng khí sinh ngày; ñồng thời, phân tích thành phần khí biogas sinh 3.2.2 Kết 3.2.2.1 Kết khả sinh khí Nhiệt ñộ (0C) V (ml) 9000 28 8000 24 7000 20 6000 5000 16 4000 12 3000 2000 1000 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Ngày B1 B2 B3 nhiệt ñộ Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn lượng khí sinh Footer Page of 126 Header Page of 126 11 12 phối trộn phân gà với bèo tây theo thời gian Từ hình 3.3 ta thấy khoảng thời gian 17 ngày ñầu, bình nhiên, ñể thu ñược lượng khí biogas tương ñối nhiều chất lượng B1, B3 lượng khí sinh nhiều Với bình B1 lượng khí cao tốt nên phối trộn phân gà với bèo tây theo tỉ lệ 1:1 3.3 Khả sinh khí thành phần khí phối trộn chất thải vào ngày thứ 11 (6000ml); bình B3 lượng khí cao vào từ gà với rác thải hữu ngày thứ 10 (4800ml) Sau ñó, khí bình giảm dần cho ñến 3.3.1 Nội dung thực nghiệm ngày kết thúc Trong ñó, bình B2 lượng khí sinh vào khoảng thời gian 17 ngày ñầu thấp Sau ñó, lượng khí sinh tăng nhanh ñến ngày thứ 19 cao (8450ml) Bình B2 có tổng lượng khí sinh nhiều (154740ml) với tỉ Nguyên liệu thí nghiệm gồm: Hỗn hợp phân gà, rác thải hữu bùn hoạt tính kỵ khí Hỗn hợp ñược cấp lần vào bình PVC với tỉ lệ phối trộn sau: Bảng 3.4 Tỉ lệ phối trộn chất thải từ gà với rác thải hữu lệ phối trộn phân gà với bèo tây 2:1 19 ngày ñầu có Thành phần Bình C1 Bình C2 Bình C3 lượng khí sinh thấp Ở bình B3 có tổng lượng khí sinh thấp Bùn kỵ khí (g) 1000 1000 1000 (105550ml) với tỉ lệ phối trộn phân gà với bèo tây 1:2 Phân gà (g) 1500 2000 1000 bình B1 có tổng lượng khí sinh cao bình B3 (123520ml) với tỉ Rác thải hữu (g) 1500 1000 2000 Tỉ lệ phân gà với rác thải hữu 1:1 2:1 1:2 lệ phối trộn phân gà với bèo tây 1:1 3.2.2.2 Thành phần khí biogas Bảng 3.3 Thành phần khí biogas phối trộn phân gà với bèo tây CH4 CO2 H2S Các chất Tên nguyên liệu (%V) (%V) (%V) khác(%V) Bình B1 (1:1) 60,20 32,71 2,91 4,18 Bình B2 (2:1) 58,74 35,10 3,10 3,06 Bình B3 (1:2) 62,13 29,62 2,16 6,09 3.2.3 Thảo luận Từ kết thực nghiệm cho thấy ñiều kiện nhau, phối trộn phân gà với bèo tây theo tỉ lệ 2:1 cho lượng khí biogas sinh nhiều nhất, hàm lượng CH4 thấp phối trộn phân gà với bèo tây theo tỉ lệ 1:2 1:1 Còn phối trộn theo tỉ lệ 1: ngược lại, lượng khí sinh chất lượng tốt Tuy Footer Page of 126 Theo dõi liên tục vòng 40 ngày ño lượng khí sinh ngày; ñồng thời, phân tích thành phần khí biogas sinh 3.3.2 Kết Header Page of 126 13 14 3.3.2.1 Kết khả sinh khí V (ml) 8000 Nhiệt ñộ ( C) 7000 20 6000 Bình C1 (1:1) 68,00 18,10 2,10 7,50 Bình C2 (2:1) 63,60 22,40 3,15 10,85 Bình C3 (1:2) 69,60 26,20 2,51 1,69 3.3.3 Thảo luận 16 Từ kết thực nghiệm ta thấy ñiều kiện 4000 12 bình C1, bình chứa hỗn hợp phân gà với rác thải hữu theo tỉ 3000 lệ 1:1, có lượng khí biogas sinh nhiều thành phần khí 5000 2000 1000 biogas chất lượng tốt Thảo luận chung khả sinh khí phối trộn chất thải 0 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Ngày C1 C2 C3 nhiệt ñộ Hình 3.5 Đồ thị biểu diễn lượng khí sinh phối trộn phân gà với rác thải hữu theo thời gian Từ hình 3.5 ta thấy: + Nhiệt ñộ dao ñộng khoảng 19 – 230C + Đối với bình C1, lượng khí sinh nhiều tập trung từ ngày thứ 22 ñến ngày thứ 30 cao vào ngày thứ 25 (6530ml) + Đối với bình C2, từ ngày thứ 18 ñến ngày thứ 26 có lượng khí sinh nhiều nhất; ñối với bình C3, lượng khí cao từ ngày thứ 27 ñến ngày thứ 32 + Bình C1 cho tổng lượng khí sinh nhiều (123650ml), bình C3 cho tổng lượng khí sinh (81030ml) bình C2 (105230ml) có tổng lượng khí sinh thấp bình C1 3.3.2.2 Thành phần khí biogas Bảng 3.5 Thành phần khí biogas phối trộn phân gà với rác thải hữu Tên CH4 CO2 H2S Các chất nguyên liệu (%V) (%V) (%V) khác(%V) Footer Page of 126 hữu Từ thí nghiệm rút kết luận sau: - Khi phối trộn phân gà với chất thải hữu khác lượng khí biogas sinh so với lượng khí biogas nguyên liệu phân gà chưa phối trộn xét chất lượng khí sinh phối trộn phân gà với rác thải hữu thu ñược chất lượng tốt - Phối trộn phân gà với bèo tây ñể có lượng khí sinh nhiều chất lượng khí tốt phối trộn theo tỉ lệ 1:1 - Còn phối trộn phân gà với rác thải hữu mà rác thải hữu rác gian hàng rau, củ, phối trộn theo tỉ lệ 1: ta thu ñược lượng khí biogas nhiều chất lượng tốt Tóm lại, phối trộn phân gà với bèo tây hay rác thải hữu tốt phối trộn theo tỉ lệ 1:1 Và phối trộn phân gà với rác thải hữu thu ñược lượng khí biogas lớn chất lượng tốt so với phối trộn phân gà với bèo tây 3.4 Hiệu suất tinh luyện khí biogas số vật liệu 3.4.1 Tinh luyện khí biogas trình hấp thụ Header Page of 126 15 16 3.4.1.1 Xử lý khí biogas dung dịch natri cacbonat (Na2CO3) bão hòa Kết thảo luận Thể tích dung dịch Na2CO3 bão hoà dùng ñể thí nghiệm 50ml Tổng thể tích khí biogas ñược xử lý V = 79,5 lit Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.9 H (%) C (ppm) 2000 100 1800 90 1600 80 1400 70 1200 60 1000 50 800 40 600 30 400 20 200 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Nồng ñộ H2S trước lọc 55 60 65 70 Nồng ñộ H2S sau lọc 75 80 85 V (lit) Hiệu suất lọc Hình 3.9 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S Na2CO3 %V H (%) 28 27 26 25 24 23 22 21 20 10 15 20 25 30 Phần trăm CO2 trước lọc 35 40 45 50 55 60 Phần trăm CO2 sau lọc 65 70 75 80 22 20 18 16 14 12 10 85V (lit) Hiệu suất lọc Hình 3.10 Sự biến ñổi thành phần thể tích hiệu suất xử lý CO2 Na2CO3 bão hòa Footer Page of 126 Từ kết thực nghiệm khả lọc khí H2S CO2 dung dịch Na2CO3 bão hòa ta thấy hiệu suất lọc khí H2S giảm dần theo thời gian hấp thụ, hiệu suất lọc khí CO2 trì ổn ñịnh lại không cao Vì vậy, khả lọc khí biogas dung dịch Na2CO3 bão hòa chưa ñạt theo mong muốn 3.4.1.2 Xử lý khí biogas dung dịch NaOH 13,6M Kết thảo luận Thể tích dung dịch NaOH mang ñi hấp thụ 50ml Tổng thể khí biogas ñược xử lý V = 77,5 lit Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.13 C (ppm) H (%) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 10 15 20 25 30 35 Nồng ñộ H2S trước lọc 40 45 50 55 60 65 Nồng ñộ H2S sau lọc 70 75 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 80 V (lit) Hiệu suất lọc Hình 3.13 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S dung dịch NaOH 13,6M Header Page of 126 17 18 %V 28 H (%) 100 24 H (%) C (ppm) 3000 80 20 2500 16 60 12 40 2000 20 10 15 20 25 30 35 Phần trăm CO2 trước lọc 40 45 50 55 60 65 70 Phần trăm CO2 sau lọc 75 80 85 V (lit) 1500 1000 500 Hiệu suất lọc Hình 3.14 Sự biến ñổi thành phần thể tích hiệu suất xử lý CO2 dung dịch NaOH 13,6M Từ kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất lọc khí H2S dung dịch NaOH 13,6M ổn ñịnh, khả lọc CO2 trì hiệu suất 40% cao Nếu quy ñổi lit dung dịch NaOH 13,6M thể tích khí biogas lọc ñược với hiệu suất xử lý CO2 40% xử lý triệt ñể H2S 860 lit Do ñó, dung dịch NaOH 13,6M vật liệu tốt làm khí biogas trình lọc khí dung dịch tạo nhiều chất rắn làm giảm khả lọc vật liệu NaOH ñắt tiền, không hoàn nguyên ñược nên thực tế NaOH sử dụng cần lượng khí biogas không lớn 3.4.1.3 Xử lý khí biogas dung dịch sắt (III) clorua (FeCl3) bão hòa Kết thảo luận Thể tích dung dịch FeCl3 bão hoà dùng ñể thí nghiệm 50ml Tổng thể tích khí biogas ñược xử lý V = 107,5 (l) Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.17 Footer Page of 126 - 10 20 30 40 Nồng ñộ H2S trước lọc 50 60 70 80 90 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 100 110 V(l) Nồng ñộ H2S sau lọc Hiệu suất lọc Hình 3.17 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S FeCl3 Nồng ñộ H2S sau xử lý lớn nên dung dịch FeCl3 bão hòa không ñược chọn làm vật liệu lọc khí biogas * Thảo luận chung tinh luyện khí biogas phương pháp hấp thụ Qua thí nghiệm rút nhận xét sau: - Dung dịch sắt (III) clorua bão hòa xử lý ñược H2S hiệu suất giảm dần theo lượng khí bị hấp thụ, nồng ñộ khí H2S sau lọc không ñảm bảo chạy ñộng - Với dung dịch Na2CO3 bão hòa, hiệu suất xử lý H2S tương ñối tốt hiệu suất xử lý CO2 lại thấp Do ñó, vật liệu hấp thụ không ñảm bảo khả lọc khí biogas - Với dung dịch NaOH 13,6M khả lọc tốt NaOH ñắt tiền, không hoàn nguyên ñược tạo cặn trình lọc nên NaOH vật liệu tối ưu ñể lọc khí biogas Tóm lại, dung dịch hấp thụ ñều không ñáp ứng ñược yêu cầu khả lọc khí biogas Header Page 10 of 126 19 20 3.4.2 Tinh luyện khí biogas trình hấp phụ 3.4.2.1 Tinh luyện khí biogas vật liệu bentonit Kết thảo luận Sau lọc, ta thu ñược bentonit có ñặc tính cảm quan: có màu ñen, mùi thuốc súng Tháo bentonit khỏi cột lọc, có tượng tỏa nhiệt lớn, ñồng thời màu ñen từ từ dần Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.20 dàng Ngoài ra, H2S có khả phản ứng với chất C (ppm) H (%) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1350 2700 4050 5400 Nồng ñộ H2S trước lọc 6750 8100 9450 Nồng ñộ H2S sau lọc 10800 12150 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 V (lit) Hiệu suất lọc Hình 3.20 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S bentonit Với 2880g bentonit có khả lọc ñược khoảng 12625 lit khí biogas với tốc ñộ 4,5 lít/phút bentonit (Fe2O3, Al2O3…) ñể tạo hợp chất muối sunfua có màu ñen Đồng thời, H2S di chuyển vào mao quản bentonit, lúc bentonit hấp thụ ánh sáng khả kiến nên bentonit có màu ñen Đối với thành phần khí CO2, bentonit có khả hấp phụ với lượng không ñáng kể so với hàm lượng ñầu vào CO2 Vì vậy, ta xem bentonit không hấp phụ CO2 3.4.2.2 Tinh luyện khí biogas vật liệu phoi sắt Kết thảo luận Sau lọc, ta thu ñược phoi sắt có ñặc tính cảm quan: có màu ñen, mùi thuốc súng Với 1100g phoi sắt có khả lọc ñược 4363 lit khí biogas với tốc ñộ 4,5 lít/phút Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.23 C (ppm) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 Với lưu lượng 4,5l/phút, ta thấy hiệu suất lọc H2S trì ổn ñịnh 500 dao ñộng khoảng (90 – 100)% nhiều Như vậy, bentonit có khả hấp phụ H2S tốt Với lưu lượng 4,5l/phút, ta thấy hiệu suất lọc H2S trì ổn ñịnh 500 1000 1500 2000 Nồng ñộ H2S trước lọc 2500 3000 3500 Nồng ñộ H2S sau lọc 4000 H (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 4500 V(lit) hiệu suất dao ñộng khoảng (90 – 100)% nhiều Như vậy, bentonit có Hình 3.23 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S phoi sắt khả hấp phụ H2S tốt Đó bentonit có diện tích bề mặt riêng Với tốc ñộ 4,5 lít/phút, phoi sắt trì hiệu suất lọc cao Như lớn (500 – 760 m /g); H2S có cấu trúc tương tự phân tử H2O nên khả vậy, khẳng ñịnh kết nghiên cứu trước ñây khả năng H2S di chuyển vào sâu lỗ mao quản bentonit dễ lọc phoi sắt ñúng Nhưng thể tích khí biogas hấp phụ phoi Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 21 22 sắt thấp so với bentonit, với khối lượng, tốc ñộ 4,5 lit/ phút ñể lọc với hiệu suất > 80% lượng khí ñi qua cột lọc bentonit gấp khoảng lần so với phoi sắt C (ppm) 100 3500 90 80 3000 3.4.2.3 Tinh luyện khí biogas vật liệu ñiatomit Kết thảo luận Với 1360g diatomit có khả lọc ñược 34302 lit khí biogas với tốc ñộ 4,5 lít/phút 70 2500 60 2000 50 1500 40 30 1000 Sau lọc, ta thu ñược ñiatomit có ñặc tính cảm quan: có 500 mùi thuốc súng, vài viên ñiatomit nằm phía ñầu vào khí bị 20 10 ñen Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.26 3.27 H (%) 100 C (ppm) 6000 5500 5000 80 4500 4000 40 60 3500 20 3000 2500 -20 2000 1500 -40 1000 500 -80 -60 0 -100 3500 7000 10500 14000 17500 21000 24500 28000 31500 35000 V(lit) Nồng ñộ H2S trước lọc Nồng ñộ H2S sau lọc Hiệu suất lọc Hình 3.26 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S ñiatomit xử lý gián ñoạn Footer Page 11 of 126 H (%) 4000 500 1000 1500 2000 Nồng ñộ H2S trước lọc 2500 3000 3500 4000 Nồng ñộ H2S sau lọc 4500 5000 V (lit) Hiệu suất lọc Hình 3.27 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S ñiatomit xử lý liên tục Từ kết thực nghiệm ta thấy: + Khi lọc liên tục H2S khí biogas khả lọc khí ñiatomit thấp + Khi lọc gián ñoạn, khả xử lý H2S không cao, có thời gian ñể cột lọc nghỉ (trong khoảng giờ) khả lọc ñiatomit lại ổn ñịnh Mặc dù khả hấp phụ vật liệu ñiatomit thấp nhiều so với bentonit phoi sắt trì ổn ñịnh khả lọc lâu lọc H2S nồng ñộ cao Vì vậy, ta dùng ñiatomit ñể lọc sơ khí biogas trước qua lọc tinh 3.4.2.4 Tinh luyện khí biogas vật liệu ñiatomit sau hoàn nguyên Điatomit sau lọc lần ñầu tiên ñược hoàn nguyên cách phơi không khí 26 - 380C thời gian ngày Kết thảo luận Sau lọc, ta thu ñược ñiatomit có ñặc tính cảm quan lần lọc ñầu Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.30 Header Page 12 of 126 23 24 H (%) 100 C (ppm) 2100 90 1800 80 70 1500 60 1200 50 900 40 30 600 20 300 10 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 V(lit) C (ppm) 90 80 70 60 50 40 30 120 nồng ñộ H2Strước lọc nồng ñộ H2S sau lọc hiệu suất lọc Hình 3.30 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S ñiatomit sau hoàn nguyên Từ kết thực nghiệm cho thấy khả lọc lại lần ñiatomit giống lần lọc ñầu tiên thể tích khí giảm ñi khoảng 1500 lít Như vậy, trình hoàn nguyên ñiatomit tốt ñơn giản 3.4.2.5 Tinh luyện khí biogas vật liệu phoi sắt sau hoàn nguyên Phoi sắt sau lọc lần ñầu tiên ñược hoàn nguyên cách H (%) 100 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 240 360 480 600 720 Nồng ñộ H2S trước lọc 840 960 1080 1200 1320 1440 1560 Nồng ñộ H2S sau lọc 20 V (l) hiệu suất Hình 3.33 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S phoi sắt sau hoàn nguyên Từ kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất xử lý khí H2S vật liệu phoi sắt sau hoàn nguyên không cao so với hiệu suất lọc lần ñầu tiên Do sau hoàn nguyên, lưu huỳnh tích tụ vật liệu hấp phụ bao bọc hạt Fe(OH)3 gây cản trở cho thâm nhập H2S vào bề mặt hạt vật liệu hấp phụ Vì vậy, cần có phương pháp thu giữ lưu huỳnh sau hoàn nguyên có phơi không khí nhiệt ñộ 24 – 370C ngày biện pháp hoàn nguyên tốt cho vật liệu phoi sắt nhằm nâng cao Kết thảo luận hiệu suất lọc phoi sắt thực tế Sau lọc, ta thu ñược phoi sắt có ñặc tính cảm quan: có màu ñen, mùi thuốc súng Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.33 3.4.2.6 Tinh luyện khí biogas vật liệu bentonit sau hoàn nguyên Bentonit sau lọc lần ñầu tiên ñược hoàn nguyên cách phơi không khí nhiệt ñộ 20 – 290C ngày Kết thảo luận Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 25 26 Sau lọc, ta thu ñược bentonit có ñặc tính cảm quan: có - Vật liệu ñiatomit có hiệu suất lọc thấp, nồng ñộ H2S sau màu ñen, mùi thuốc súng Tháo bentonit khỏi cột lọc, xử lý cao không ñủ tiêu chuẩn chạy ñộng Nhưng có khả tượng tỏa nhiệt lớn lần ñầu trì ổn ñịnh khả lọc Kết vận hành mô hình ñược thể hình 3.36 - Vật liệu phoi sắt có hiệu suất lọc lần ñầu tiên cao, trì ổn H (%) 100 C(ppm) 4000 3500 2000 chóng 90 - Dù lần lọc ñầu tiên hay lần lọc sau hoàn nguyên vật 80 liệu bentonit ñều có khả lọc tốt Thậm chí, sau hoàn 3000 2500 ñịnh Nhưng sau hoàn nguyên, hiệu suất lọc giảm ñi nhanh 70 nguyên vật liệu bentonit có khả lọc với lượng thể tích khí nhiều 1500 60 1000 50 500 0 2000 4000 nồng ñộ H2S trước lọc 6000 8000 10000 12000 nồng ñộ H2S sau lọc 40 14000 V (l) Hiệu suất lọc Hình 3.36 Sự biến ñổi nồng ñộ hiệu suất xử lý H2S bentonit sau hoàn nguyên Từ kết thực nghiệm cho thấy hiệu suất lọc khí H2S bentonit sau hoàn nguyên trì ổn ñịnh mức cao thể tích khí biogas ñược lọc nhiều so với lần lọc ñầu tiên Như vậy, vật liệu bentonit có khả lọc tốt trình hoàn nguyên bentonit dễ dàng Do ñó, thay phoi sắt ñể làm khí H2S khí biogas * Thảo luận chung tinh luyện khí biogas phương pháp hấp phụ Từ thí nghiệm rút kết luận sau: KẾT LUẬN Qua thực nghiệm kết nghiên cứu thu ñược số kết luận sau: Việc phối trộn phân gà với bèo tây hay rác thải hữu lượng khí sinh không nhiều so với nguyên liệu phân gà ban ñầu Các kết nghiên cứu ñều cho thấy dù phối trộn phân gà với bèo tây hay rác thải hữu theo tỉ lệ 1:1 tốt Tuy vậy, phối trộn phân gà với rác thải hữu theo tỉ lệ 1: thu ñược lượng khí lớn chất lượng tốt Footer Page 13 of 126 Header Page 14 of 126 27 Dung dịch FeCl3 bão hòa, dung dịch Na2CO3 bão hòa, hai vật liệu hấp thụ không ñảm bảo khả lọc khí biogas Đối với dung dịch NaOH 13,6M khả lọc tốt NaOH ñắt tiền, không hoàn nguyên ñược tạo cặn trình lọc nên NaOH vật liệu tối ưu ñể lọc khí biogas Vật liệu bentonit, vật liệu tốt vật liệu ñã xét (dung dịch Na2CO3 bão hòa, dung dịch NaOH 13,6M, dung dịch sắt (III) clorua, bentonit, phoi sắt, ñiatomit) khử triệt ñể khí H2S với giá thành lại rẻ trình hoàn nguyên ñơn giản Đây giải pháp hiệu ñể tinh luyện khí biogas làm nhiên liệu cho ñộng vật liệu bentonit thay phoi sắt ñang ứng dụng thực tế Vật liệu ñiatomit khả lọc không cao, ñể thời gian cho cột lọc nghỉ khoảng khả lọc trì ổn ñịnh theo dạng hình sin Vì vậy, ta sử dụng làm vật liệu ñể lọc sơ khí biogas trước qua lọc tinh Footer Page 14 of 126  ... Nguyên liệu sản xuất Vì lý chọn ñề tài: Nghiên cứu phối trộn 1.2.2 Vận hành chất thải hữu sản xuất khí biogas tinh luyện khí biogas 1.2.3 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất khí biogas dựa vật liệu lọc”... Thành phần khí biogas trước sau tinh luyện 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng khí biogas giới Phạm vi: Nghiên cứu tỉ lệ phối trộn chất thải hữu quy Việt Nam trình công nghệ lọc khí tạp biogas Footer... 1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng ñến trình hình thành khí biogas MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 Cơ sở lý thuyết trình hấp thụ hấp phụ Nghiên cứu ñẩy nhanh trình sinh khí biogas cách phối trộn loại chất thải hữu