Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ cho quá trình nhiệt phân than hóa

Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG .iv DANH MỤC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất thải thực phẩm trạng quản lý 1.1.1 Tình trạng phát sinh chất thải thực phẩm 1.1.2 Hiện trạng quản lý chất thải thực phẩm 1.2 Các công nghệ xử lý chất thải thực phẩm 1.2.1 Phương pháp Tái chế, tái sử dụng 1.2.2 Phương pháp sản xuất phân hữu 1.2.3 Phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí tạo khí sinh học 1.2.4 Phương pháp chôn lấp hợp vệ sinh 10 1.2.5 Các phương pháp nhiệt 10 1.3 Than hóa chất lƣợng than 12 1.3.1 Q trình than hóa 12 1.3.2 Các thuyết hấp phụ ứng dụng đánh giá chất lượng than 23 CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM 28 2.1 Quy trình thực nghiệm 28 2.2 Danh mục trang thiết bị, máy móc phục vụ nghiên cứu 29 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 33 2.3.1 Phương pháp than hóa 33 2.3.2 Phương pháp kiểm tra, xác định chất lượng sản phẩm than hóa thu 37 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 39 3.1 Ảnh hƣởng yếu tố q trình than hóa 39 i Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ 3.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nhiệt phân than hóa 39 3.1.2 Ảnh hưởng thời gian nhiệt phân 42 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ thành phần vật liệu 45 3.2 Các thông số đặc trƣng than nghiên cứu 49 3.2.1 Khả hấp phụ benzen than nghiên cứu 49 3.2.2 Khả hấp phụ khí than nghiên cứu 51 3.2.3 Sự phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 53 3.3 Quy trình cơng nghệ nhiệt phân than hóa thực phẩm thải 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 KẾT LUẬN 58 KIẾN NGHỊ 58 ii Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - FAO : Tổ chức Nông Lƣơng Liên hợp quốc - USDA : United States Department of Agriculture - Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ - ERS : Economic Research Service - Cơ quan Nghiên cứu kinh tế - JICA : The Japan International Cooperation Agency - Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản - CHC : Chất hữu - CTR : Chất thải rắn - BET : Brunauer- Emmett- Teller - THT : Than hoạt tính iii Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG Bảng 1 So sánh khác hình thức cacbon hóa mặt thiết bị 13 Bảng Danh mục máy móc, thiết bị phục vụ nghiên cứu 30 Bảng Khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc than hóa 1000g vật liệu giá trị nhiệt độ khác điều kiện thời gian 60 phút, tỷ lệ vật liệu 50/50 40 Bảng Khối lƣợng sản phẩm thu đƣợc nhiệt phân 1000g vật liệu tỷ lệ 50/50 5000C khoảng thời gian khác 43 Bảng 3 Khối lƣợng than thu đƣợc than hóa 1000g vật liệu 5000C, thời gian 60 phút với tỷ lệ % thành phần vật liệu thay đổi 46 Bảng Hàm lƣợng tro cacbon than nghiên cứu 48 Bảng Độ hấp phụ mẫu than thu đƣợc thay đổi tỷ lệ vật liệu cơm/rau 49 Bảng So sánh thông số đặc trƣng than nghiên cứu với than tre 52 iv Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 1 Sơ đồ cấu tạo lị hầm than lòng đất 15 Hình Sơ đồ cấu tạo kỹ thuật đốt than ủ đống 16 Hình Sơ đồ cấu tạo lò hầm than xây gạch 17 Hình Sơ đồ cấu tạo lị quay nghiêng dùng than hóa liên tục 19 Hình Sơ đồ cấu tạo lị đứng than hóa liên tục 19 Hình Lị than hóa dạng dài gia nhiệt gián tiếp 20 Hình Cấu tạo lị buồng than hóa gián tiếp 21 Hình Đồ thị đường thẳng BET 26 Hình Lị than hóa SRJK-5-9S phục vụ điều chế THT 31 Hình 2 Ống chưng khơ vật liệu thí nghiệm chế tạo 32 Hình Quy trình khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến q trình than hóa 34 Hình Quy trình khảo sát ảnh hưởng thời gian đến q trình than hóa 35 Hình Quy trình khảo sát ảnh hưởng thời gian đến q trình than hóa 36 Hình Sự biến thiên khối lượng sản phẩm thu theo nhiệt độ 41 Hình Sự biến thiên khối lượng sản phẩm thu theo thời gian than hóa 44 Hình 3 Khối lượng than thay đổi theo tỷ lệ % cơm hỗn hợp (cơm/rau) 46 Hình Đẳng nhiệt hấp phụ benzen than nghiên cứu – cân Markbel 50 Hình Đường đẳng nhiệt hấp phụ Ni tơ than nghiên cứu 51 Hình Đường cong tích phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 53 Hình Đường cong vi phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 54 Hình Sơ đồ quy trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải 56 v Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Hiện nay, vấn đề thu gom, xử lý rác thải thực phẩm gây nhiều khó khăn, thách thức cho Cơ quan chức Việt Nam Hằng ngày, Thành phố lớn nhƣ Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh phát sinh khoảng 6.500 chất thải rắn sinh hoạt Trong chất thải thực phẩm chiếm 60 – 75% tổng lƣợng chất thải rắn sinh hoạt phát sinh [2] Với khối lƣợng chất thải thực phẩm phát sinh nhiều nhƣ Việt Nam phƣơng pháp thu gom, xử lý áp dụng phổ biến chôn lấp tồn nhiều bất cập vấn đề quy hoạch bãi chôn lấp chất thải rắn (CTR) Do diện tích đất xung quanh thành phố lớn nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh đƣợc quy hoạch xây dựng dự án khu đô thị, khu nhà trung tâm thƣơng mại hay khu công nghiệp, thƣơng mại dịch vụ khác nên để quy hoạch bãi chôn lấp CTR phải lựa chọn vị trí xa thành phố gây khó khăn tăng chi phí cho việc thu gom, vận chuyển xử lý CTR Quá trình xử lý CTR phƣơng pháp chơn lấp bộc lộ nguy gây gây ô nhiễm nguồn nƣớc mặt, nƣớc dƣới đất phát sinh nƣớc rỉ rác Ngồi q trình phân hủy chất hữu bãi chơn lấp CTR tạo khí gây nhiễm mơi trƣờng khơng khí xung quanh gây hiệu ứng nhà kính nhƣ H2S, SO2, CO2, NH3, CH4 [14] Tại quốc gia có kinh tế phát triển nhƣ Mỹ, Nhật Bản, Đan Mạch, Anh Quốc, Hà Lan, Đức, Hàn Quốc, Singapore…Việc phân loại rác nguồn thành dòng rác hữu dễ phân hủy rác vô đƣợc tiến hành đồng vào nề nếp ngƣời dân nên thuận lợi cho việc thu gom, xử lý Rác hữu dễ phân hủy đƣợc thu gom xử lý ngày nhiều phƣơng thức khác nhƣ thực phẩm khơng dùng đến đƣợc qun góp làm thức ăn cho ngƣời nghèo, phần thực phẩm thải không tận dụng đƣợc đƣợc xử lý làm thức ăn chăn nuôi chế biến phân hữu Cũng có nơi sử dụng phƣơng pháp phân hủy sinh học kỵ khí tạo khí sinh học sử dụng phƣơng pháp khí hóa để thu hồi lƣợng cho sản xuất điện Tuy nhiên Việt Nam việc phân loại rác nguồn chƣa thực đƣợc, công nghệ nêu lại có chi phí Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ đầu tƣ cao nên chƣa thực phù hợp Phƣơng pháp nhiệt phân than hóa rác thải thực phẩm nhằm tạo sản phẩm than có khả ứng dụng công nghệ môi trƣờng, ứng dụng làm nhiên liệu, vật liệu cho trình sản xuất khác ứng dụng cải tạo đất, giá thể cho trồng trọt [1]…sẽ phù hợp với điều kiện Việt Nam chi phí đầu tƣ thấp, vận hành đơn giản, sản phẩm thu đƣợc có tính ứng dụng cao Ngoài xử lý rác thải thực phẩm phƣơng pháp than hóa giúp giảm thiểu nhiễm mơi trƣờng, giảm nhu cầu quy hoạch diện tích đất xây dựng bãi chơn lấp CTR Do luận văn “Nghiên cứu xác định chế độ công nghệ cho trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải” đƣợc lựa chọn Đề tài đƣợc thực với mục đích phạm vi nghiên cứu nhƣ sau: Mục đích nghiên cứu: nhằm tạo sản phẩm than từ chất thải thực phẩm Phạm vi, đối tượng nghiên cứu: Chất thải thực phẩm có thành phần đa dạng nhƣ cơm, rau, vỏ củ, quả, xƣơng động vật, thịt, cá, thức ăn thừa…Tuy nhiên đề tài lựa chọn vật liệu thí nghiệm cơm nguội đầu rau muống, hai loại vật liệu phổ biến chiếm thành phần chủ yếu chất thải thực phẩm đô thị [5] Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sử dụng phƣơng pháp nhiệt phân than hóa vật liệu hình thức gia nhiệt gián tiếp điều kiện khơng có oxy Những nội dung nghiên cứu chính: - Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến q trình than hóa - Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng thời gian đến trình than hóa - Tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ thành phần vật liệu đến q trình than hóa - Đánh giá khả hấp phụ hơi, khí Nitơ sản phẩm than hóa thu đƣợc - Xác định phân bố lỗ sản phẩm than thu đƣợc nhằm đánh giá chất lƣợng than Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất thải thực phẩm trạng quản lý 1.1.1 Tình trạng phát sinh chất thải thực phẩm Chất thải thực phẩm chất thải phát sinh q trình gia cơng thực phẩm nhà bếp chất hữu có khả phân hủy sinh học cịn thừa bàn ăn Chất thải thực phẩm theo nghĩa rộng bao gồm chất thải từ nhà bếp nhà hàng (Restaurant kitchen waste), chất thải từ nhà bếp hộ gia đình (Household kitchen waste) chất thải từ nhà máy chế biến lƣơng thực, thực phẩm tạo ngày [13] Theo báo cáo Tổ chức Nông Lƣơng Liên hiệp quốc (FAO), khối lƣợng 1,3 tỉ thực phẩm thải phát sinh giới năm không gây tổn hại cho kinh tế, mà tác động xấu đến nguồn tài nguyên thiên nhiên nuôi sống ngƣời Tác động tài nguyên thiên nhiên nghiên cứu phân tích tác động chất thải thực phẩm từ khía cạnh mơi trƣờng nhìn vào hậu khí hậu, nƣớc, sử dụng đất đa dạng sinh học Cũng theo báo cáo FAO, năm, thực phẩm đƣợc sản xuất nhƣng không đƣợc tiêu thụ làm tiêu tốn lƣợng nƣớc tƣơng đƣơng với dịng chảy hàng năm sơng Volga Nga làm gia tăng 3,3 tỉ khí thải gây hiệu ứng nhà kính bầu khí hành tinh Ngồi tác động mơi trƣờng, thiệt hại kinh tế việc xử lý chất thải thực phẩm (trừ cá hải sản) vào khoảng 750 tỉ USD/năm Tổng giám đốc FAO José Graziano da Silva cho biết: “Tất chúng ta, nông dân ngƣ dân; nhà chế biến thực phẩm siêu thị; quyền địa phƣơng Chính phủ; ngƣời tiêu dùng phải tạo thay đổi liên kết chuỗi thực phẩm để giảm thiểu chất thải thực phẩm từ nơi bắt đầu, tái sử dụng tái chế chất thải Chúng ta cho phép 1/3 lƣợng thực phẩm sản xuất trở thành chất thải bị thói quen khơng hợp lý, có 870 triệu ngƣời bị đói ngày” [5] Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ Theo nghiên cứu FAO cho thấy 54% chất thải thực phẩm giới phát sinh trình sản xuất, xử lý sau thu hoạch bảo quản 46% chất thải thực phẩm phát sinh trình chế biến, phân phối tiêu thụ Nghiên cứu theo xu hƣớng chung, nƣớc phát triển chịu tổn thất thực phẩm nhiều sản xuất nông nghiệp, chất thải thực phẩm khâu bán lẻ ngƣời tiêu dùng có xu hƣớng cao khu vực có thu nhập trung cao, chiếm tới 31-39% tổng lƣợng chất thải, so với khu vực thu nhập thấp (4-16%) [5] Báo cáo FAO nhấn mạnh, sản phẩm lƣơng thực đƣợc tiêu thụ chậm chuỗi cung ứng gây ảnh hƣởng môi trƣờng lớn, chi phí mơi trƣờng q trình chế biến, vận chuyển, bảo quản nấu nƣớng cộng với chi phí sản xuất ban đầu Một số điểm nóng chất thải thực phẩm đƣợc đề cập đến báo cáo FAO, gồm: Chất thải ngũ cốc châu Á vấn đề nghiêm trọng, với tác động mạnh mẽ đến mơi trƣờng khơng khí, nƣớc sử dụng đất Chất thải lúa gạo đặc biệt đáng lƣu ý khí thải mê-tan cao kết hợp với mức độ chất thải lớn; Mặc dù lƣợng chất thải thịt tất khu vực giới tƣơng đối thấp, ngành chế biến thực phẩm đóng góp tác động khơng nhỏ tới mơi trƣờng phƣơng diện chiếm hữu đất khí thải cacbonic, đặc biệt nƣớc thu nhập cao Mỹ La tinh, chiếm tới 80% tổng lƣợng chất thải thịt Ngoại trừ Mỹ La tinh, khu vực thu nhập cao chịu trách nhiệm cho 67% tổng lƣợng chất thải thịt; Chất thải trái đóng góp phần lớn chất thải nƣớc châu Á, Mỹ La tinh châu Âu, chủ yếu mức độ chất thải đặc biệt cao; Tƣơng tự, lƣợng lớn chất thải rau khu vực cơng nghiệp hóa châu Á, châu Âu, Nam Á Đông Nam Á chuyển thành lƣợng các-bon lớn [5] Theo FAO, hành vi ngƣời tiêu dùng thiếu giao tiếp chuỗi cung nguyên nhân dẫn đến mức độ cao chất thải thực phẩm xã hội giàu có Ngƣời tiêu dùng khơng có kế hoạch mua sắm, mua q nhiều, phản ứng tiêu cực với hạn sử dụng tốt sản phẩm, chất lƣợng tiêu chuẩn thẩm mỹ khiến ngƣời bán lẻ từ chối lƣợng lớn thực phẩm hồn tồn ăn đƣợc Chun gia chất Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ thải từ thực phẩm Anh Quốc, Emma Marsh phát biểu: “Nghiên cứu 7,2 triệu chất thải thực phẩm đồ uống đƣợc tạo hộ gia đình Anh năm Trong số này, 4,4 triệu chất thải thực phẩm tránh đƣợc Loại chất thải có trị giá tƣơng đƣơng khoảng 12 triệu Bảng" Còn nƣớc Mỹ, theo Cơ quan Nghiên cứu kinh tế (ERS) Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) có tựa đề “Food Loss - Questions About the Amount and Causes Still Remain” cho thấy năm nƣớc Mỹ thải 5,9 triệu chất thải thực phẩm Điều cho thấy lãng phí cách sinh hoạt thói quen sử dụng thực phẩm ngƣời dân nƣớc phát triển, gây ảnh hƣởng đến mơi trƣờng tốn kinh phí xử lý chất thải thực phẩm sinh Tại đô thị lớn Việt Nam nhƣ Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh ngày thải khoảng 6.500 CTR sinh hoạt Trong đó, chất thải thực phẩm chiếm 60 – 75% tổng lƣợng thải Khối lƣợng CTR địa bàn Thủ tăng trung bình 15%/năm Trong tỷ lệ thu gom CTR sinh hoạt quận nội thành khoảng 95%, huyện ngoại thành đạt 60% [2] Với khối lƣợng chất thải thực phẩm phát sinh ngày gia tăng đặt gia nhiều thách thức cho nhà quản lý việc thu gom, quản lý xử lý chất thải thực phẩm cách hiệu Nhằm đem lại hiệu kinh tế việc tái sử dụng chất thải thực phẩm, hạn chế ô nhiễm môi trƣờng xung quanh 1.1.2 Hiện trạng quản lý chất thải thực phẩm Công tác thu gom, quản lý chất thải thực phẩm quốc gia có khác tùy thuộc vào trình độ phát triển, tiềm lực kinh tế, sách pháp luật, trình độ dân trí…của quốc gia Trong đó, cơng tác quản lý chất thải thực phẩm nƣớc phát triển đáng để học tập, ví dụ nhƣ Nƣớc Mỹ thực quản lý phân loại rác thải thực phẩm (rác thải nhà bếp), quyên góp thức ăn, thức ăn chƣa sử dụng từ trƣờng học, nhà hàng, khách sạn, trụ sở qua hành chính, doanh nghiệp,… đƣợc tập trung lại quyên tặng cho ngƣời nghèo Thủ Washington bang Carolina cịn đƣa Dự luật Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ Ghi chú: Đƣờng hấp phụ Đƣờng giải hấp Qua hình 3.5 ta thấy, đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ N2 than than hóa từ cơm rau đƣờng dạng lõm Đƣờng dạng thƣờng biểu thị hấp phụ áp suất thấp nhƣ nhau, tăng vọt lên P/P0 gần Từ hấp phụ N2 than nghiên cứu, dựa phần mềm tính tốn đƣợc cài đặt sẵn máy đo hấp phụ nitơ lỏng, cho ta thu đƣợc kết thông số than nhƣ bảng 3.6 dƣới Đồng thời so sánh với thông số tƣơng ứng sản phẩm than hóa từ tre (nguồn nguyên liệu sản xuất than hoạt tính) nhằm đánh giá chất lƣợng than nghiên cứu đề tài Bảng So sánh thông số đặc trƣng than nghiên cứu với than tre Thơng Tỷ Khối Diện tích Tổng lỗ Thể tích Thể tích Thể tích số trọng lƣợng bề mặt xốp V lỗ bé lỗ trung lỗ to biểu riêng D riêng S (cm3/g) kiến (g/cm3) (m2/g) 1,750 1,901 159 0,650 0,300 0,106 0,150 1,740 1,915 230 0,690 0,250 0,150 0,190 Vb(cm3/g) Vtr(cm3/g) Vto(cm3/g) Than nghiên cứu Than tre [4,6] Qua so sánh giá trị thông số đặc trƣng than nghiên cứu bảng 3.6, cho ta thấy thông số đặc trƣng than nghiên cứu có giá trị tƣơng đƣơng với than tre Điều mở triển vọng dùng than làm nguyên liệu cho sản xuất than hoạt tính Nếu giải đƣợc khâu phá rừng lấy gỗ sản xuất THT không gây ô nhiễm môi trƣờng thực phẩm thải (cơm rau) phân hủy 52 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ ngày Để khẳng định thêm cấu trúc xốp than thu đƣợc từ trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải (cơm – rau), đề tài xác định thêm độ phân bố lỗ xốp nhằm đánh giá chất lƣợng than nghiên cứu 3.2.3 Sự phân bố lỗ xốp than nghiên cứu Quá trình đo phân bố lỗ xốp cho kết quả: đƣờng cong tích phân V-r (V thể tích lỗ, r bán kính lỗ A0) đƣờng vi phân V  r Hai đƣờng cho ta biết thể tích loại lỗ nhiều kích thƣớc bán kính r nằm khoảng Từ nhận biết than than nghiên cứu hấp phụ chất có cấu trúc kích thƣớc phân tử khoảng Kết đo xác định phân bố lỗ xốp than nghiên cứu nhƣ hình 3.6, 3.7 dƣới Thể tích lỗ xốp (cm3/g) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 50 100 Đƣờng kính lỗ xốp (Å) 500 1000 Hình Đường cong tích phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 53 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ Thể tích lỗ xốp (cm3/g.Å) 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0.000 50 100 Đƣờng kính lỗ xốp (Å) 500 1000 Hình Đường cong vi phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu Trong đƣờng cong vi phân (hình 3.7), sản phẩm than nghiên cứu thu đƣợc có chứa lỗ xốp với đƣờng kính lỗ xốp khoảng từ 50-1000A0 Nhƣng có đỉnh cao đƣờng phân bố 70 A0 1000 A0 Tức thể tích lỗ xốp loại nhiều (70 A0 1000 A0) Nói xác than nghiên cứu có chứa nhiều lỗ xốp với đƣờng kính lỗ xốp 70 A0 1000 A0 Nhƣ đƣờng vi phân cho ta tín hiệu than nghiên cứu có chứa lỗ trung than đƣợc hoạt hóa có khả hấp phụ màu dung dịch [20] Theo Dubinin lỗ bé có đƣờng kính nhỏ 15 A0, lỗ trung nằm khoảng từ 16 A0 đến vài nghìn A0, lỗ lớn Lỗ trung việc đóng vai trị vận 54 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ chuyển cịn có khả ngƣng tụ mao quản Vì xác định hấp phụ phƣơng pháp Markbel, đƣờng đẳng nhiệt hấp phụ có vịng đo trễ (hysteresis) nhƣ hình 3.4 [11] Phân tử chất màu thƣờng lớn có cấu trúc cồng kềnh nên chui vào lỗ bé đƣợc mà lỗ trung Vì có nhiều loại than khơng thể tẩy màu có lỗ trung, ví dụ nhƣ than hoạt tính từ sơ dừa hấp phụ khí tốt nhƣng khả tẩy màu kém, than hoạt tính từ gỗ xoan, từ gạo tẩy màu tốt [19] Nhƣ thấy đƣợc than nghiên cứu đề tài có lỗ bé, lỗ trung nên có khả hấp phụ khí khả tẩy mầu tốt ứng dụng công nghệ môi trƣờng nhƣ tẩy mầu, lọc nƣớc, hấp phụ hữu [21] 3.3 Quy trình cơng nghệ nhiệt phân than hóa thực phẩm thải Sau tiến hành thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hƣởng đến q trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải (cơm – rau) đƣa đƣợc chế độ cơng nghệ tối ƣu cho q trình Sản phẩm than thu đƣợc đƣợc kiểm tra, xác định thơng số nhƣ: khả hấp phụ hơi, khí; diện tích bề mặt riêng, tổng thể tích lỗ xốp, phân bố lỗ xốp, hàm lƣợng cacbon than Kết kiểm tra đƣợc so sánh với thông số đặc trƣng than hóa từ nguyên liệu khác (tre, gỗ) nhận thấy chất lƣợng than nghiên cứu đề tài tƣơng đƣơng với than tre Điều mở triển vọng thay nguồn nguyên liệu tre, gỗ thƣờng dùng sản xuất THT nguồn nguyên liệu thực phẩm thải (cơm – rau) Vì nguồn thực phẩm thải thải ngày thành phố lớn lớn hàng nghìn tấn/ngày, đƣợc thu gom, xử lý chung với rác sinh hoạt gây nhiễm mơi trƣờng lãng phí Trong phải chặt rừng lấy gỗ, tre sản xuất THT gây tác động tiêu cực đến môi trƣờng, hệ sinh thái Tuy nhiên để thực đƣợc trình tạo than từ thực phẩm thải phải trải qua trình phân loại rác thực phẩm chung nhằm chọn vật liệu (cơm – rau) trƣớc tiến hành nhiệt phân than hóa khó khăn thách thức rác thải sinh hoạt 55 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ đô thị Việt Nam chƣa thực đƣợc thành cơng từ khâu phân loại nguồn nhiều lý khách quan, chủ quan ngƣời dân, quyền sở Đề tài xin đƣa quy trình thu gom, xử lý nhiệt phân than hóa thực phẩm thải nhƣ sau: Rác sinh hoạt Phân loại rác sinh hoạt Rác thực phẩm Nạp vào ống chứa vật liệu Cơm/rau (tỷ lệ 50/50) Phân loại rác thực phẩm Đƣa ống vào lị than hóa Nhiệt Than phân hóa ởở500 5000C, C, thời gian 60 phút 60 phút Làm nguội (nhiệt độ phòng) Kiểm tra chất lƣợng than thu đƣợc Thu than vào túi nilon bịt kín lại Hình Sơ đồ quy trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải Nhƣ qua trình nghiên cứu, thí nghiệm suốt thời gian thực đề tài Tác giả tìm đƣợc chế độ cơng nghệ q trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải bao gồm: - Vật liệu thí nghiệm cơm nguội rau muống với tỷ lệ (%) 50/50 - Nhiệt độ phù hợp cho q trình than hóa vật liệu 5000C - Thời gian phù hợp cho q trình than hóa vật liệu 60 phút - Thiết bị phù hợp cho q trình than hóa lị nhiệt phân chạy điện với hình thức gia nhiệt gián tiếp Lò đƣợc vận hành tự động có đồng hồ đo nhiệt tự động tùy chỉnh nhiệt độ cần thiết 56 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ Sản phẩm than tốt thu đƣợc từ q trình than hóa thực phẩm thải (cơm – rau) có đặc trƣng nhƣ: - Hàm lƣợng cacbon cao đạt 95 – 98% - Độ hấp phụ đạt 0,495 mmol/g chƣa hoạt hóa, tƣơng đƣơng với độ hấp phụ than hóa từ tre (0,415 mmol/g) chƣa hoạt hóa Khi đƣợc hoạt hóa, độ hấp phụ than tre thị trƣờng đạt giá trị cao khoảng – mmol/g nên than nghiên cứu đƣợc hoạt hóa có độ hấp phụ cao - Diện tích bề mặt riêng 159 m2/g chƣa đƣợc hoạt hóa, sau đƣợc hoạt hóa lên đến vài trăm hàng nghìn m2/g hấp phụ tốt - Tổng thể tích lỗ xốp 0,650 cm3/g có chứa lỗ to, lỗ trung lỗ bé nên có độ hấp phụ tốt đặc biệt có chứa lỗ trung nên có khả hấp phụ mầu cao Với hàm lƣợng cacbon cao nhƣ vậy, than có khả dùng làm nhiên liệu (than sạch, than khơng khói) cho q trình đốt gia nhiệt cho hoạt động sản xuất, sinh hoạt có khả sử dụng làm phân bón cải tạo đất, làm giá thể trồng trọt Một ứng dụng bật khác khả tẩy mầu, hấp phụ hơi, khí tốt nhƣ than nghiên cứu đƣợc trải qua q trình hoạt hóa 57 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua kết nghiên cứu xác định chế độ cơng nghệ cho q trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải mà vật liệu thí nghiệm lựa chọn cơm, rau để tạo sản phẩm thu đƣợc than Đề tài có kết luận nhƣ sau: Chất thải thực phẩm xử lý phƣơng pháp nhiệt phân than hóa tạo than Than có khả ứng dụng công nghệ xử lý môi trƣờng Chế độ cơng nghệ tối ƣu cho q trình nhiệt phân than hóa thực phẩm thải nhằm thu đƣợc nhiều than, than có chất lƣợng tốt gồm: tỷ lệ vật liệu cơm/rau 50/50; nhiệt độ nhiệt phân 5000C thời gian 60 phút Sản phẩm than thu đƣợc có chất lƣợng tƣơng đƣơng với than điều chế từ nguyên liệu tre nên tạo THT sau đƣợc hoạt hóa KIẾN NGHỊ Q trình nghiên cứu nhiệt phân than hóa thực phẩm thải cho kết khả quan Sản phẩm than thu đƣợc từ q trình nghiên cứu muốn có tính ứng dụng thực tiễn công nghệ xử lý môi trƣờng cần phải đƣợc hoạt hóa để tạo THT nghiên cứu khả hấp phụ hữu cơ, khả tẩy mầu than Nhiệm vụ hƣớng nghiên cứu đề tài 58 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO Mai Thị Lan Anh, S.Joseph, Nguyễn Văn Hiền, Trần Mạnh Hùng, Nguyễn Công Vinh, Ngô Thị Hoan, Phạm Thị Anh (2013), “Đánh giá chất lƣợng than sinh học sản xuất từ số loại vật liệu hữu phổ biến miền bắc Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, 96(08), tr 231-236 Bộ Tài nguyên Môi trƣờng (2011), Báo cáo môi trường quốc gia năm 2011 – Chất thải rắn, Hà Nội Đỗ Hồng Lan Chi, Lâm Minh Triết (2004), Vi sinh kỹ thuật môi trường, Nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Lê Huy Du (2008), Nghiên cứu sản xuất than hoạt tính từ tre lị cơng nghiệp, Báo cáo khoa học hấp phụ xúc tác toàn quốc lần thứ 5, Hà Nội FAO (2013), Chất thải thực phẩm gây hại cho khí hậu, nước, đất đa dạng sinh học, Liên hiệp quốc Nguyễn Thị Thu Hà (2008), Điều chế nghiên cứu khả hấp phụ than hoạt tính từ tre, Hội nghị khoa học Khoa Hóa, Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội Đặng Hùng (2012), “Khí hóa rác thải cơng nghệ plasma”, Tạp chí khơng gian cơng nghệ, (5), tr 12-15 Lê Văn Khoa (2010),”Phân loại chất thải rắn sinh hoạt nguồn, tái chế tái sử dụng giải pháp có ý nghĩa kinh tế, xã hội môi trƣờng đô thị”, Diễn đàn Môi trường, Hội Bảo vệ Thiên nhiên Môi trƣờng Việt Nam Đỗ Ngọc Khuê, Trần Quang Sáng (2011), “Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt đến hấp phụ màu than hoạt tính Trà Bắc”, Tạp chí phân tích hóa sinh, 16(4), tr 32-37 10 Hoàng Long (2013), “Dùng than làm phân bón”, Tạp chí Thơng tin Khoa học Công nghệ, (04), tr 30-32 11 Nguyễn Hữu Phú (1998), Giáo trình Hấp phụ xúc tác bề mặt vật liệu vô mao quản, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 59 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ 12 Trần Quang Sáng (2011), “Nghiên cứu khả hấp phụ bị ảnh hƣởng kích thƣớc hạt than hoạt tính”, Tạp chí Hóa học, 49(6), tr 336-341 13 Tiêu chuẩn xây dựng đô thị nông thôn Trung Quốc, số 6/2013 14 Trịnh Văn Tuyên, Văn Hữu Tập, Vũ Thị Mai (2014), Xử lý chất thải rắn chất thải nguy hại, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 15 Mai Văn Trịnh, Trần Viết Cƣờng, Vũ Dƣơng Quỳnh, Nguyễn Thị Hoài Thu (2011), “ Nghiên cứu sản xuất than sinh học từ rơm rạ trấu để phục vụ nâng cao độ phì đất, suất trồng giảm phát thải khí nhà kính”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, 3(24), tr.1-4 16 Nguyễn Minh Việt, Đỗ Anh Tuấn (2012), “Cơng nghệ khí hóa sử dụng phụ phẩm nông, lâm nghiệp để phát điện cơng suất nhỏ”, Tạp chí khoa học cơng nghệ thủy lợi, (2), tr 41-49 17 Frank M Gentry (1928), The technology of low temperature carbonization, The Williams & Wilkins Co., Baltimore, Chapter I, IV 18 Kazuhiro Mochidzuki, Lloyd S Paredes, and Michael J Antal, Jr, (2002), Flash Carbonization of Biomass, Hawaii Natural Energy Institute, School of Ocean and Earth Science and Technology, University of Hawaii at Manoa, Honolulu, HI 96822 19 Mohammad Arifur Rahman Elal (2012), Removal of metylence blue from waste water using activated carbon prepared from Rice – Husk, Praka – Univer J sei, 60(2), pp 185-189 20 R.G Milind Elal (2009), Comparative adsorption studies on activated Rice Husk and Rice Husk ash by using Metylen blue is dye, International conference on Enviro -Rsearch at Bist Pilani, GOA, pp 1-11 21 Taku Matusu Shita (2013), adsorptive virus removal with super powdered carbon, separation and purification technology, vol.107, pp 79-84 60 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ PHỤ LỤC - HÌNH ẢNH TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM THU ĐƢỢC - KẾT QUẢ KIỂM TRA THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG CỦA THAN NGHIÊN CỨU 61 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM HÌNH ẢNH LỊ NHIỆT PHÂN VÀ ỐNG CHỨA VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM 62 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ HÌNH ẢNH CÂN MARKBEL THIẾT BỊ ĐO PHÂN BỐ LỖ XỐP 63 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM VÀ SẢN PHẨM THAN THU ĐƢỢC Q TRÌNH CHUẨN BỊ VẬT LIỆU THÍ NGHIỆM ĐƢA ỐNG CHỨA VẬT LIỆU VÀO TRONG LÒ NHIỆT PHÂN 64 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ SẢN PHẨM THU ĐƢỢC CHƢA TẠO THAN HOÀN TOÀN 65 Viện KH & CNMT Luận văn Thạc sĩ SẢN PHẨM THAN THU ĐƢỢC 66 ... đến q trình than hóa Các thí nghiệm khảo sát ảnh hƣởng nhiệt độ đến trình nhiệt phân than hóa vật liệu nhƣ vừa trình bày mục b bên xác định đƣợc giá trị nhiệt độ phù hợp cho q trình than hóa (tại... số liệu, kết nghiên cứu phục vụ lập đề tài 2.2 Danh mục trang thiết bị, máy móc phục vụ nghiên cứu Do phạm vi nghiên cứu đề tài xác định chế độ công nghệ cho trình nhiệt phân, than hóa thực phẩm... than nghiên cứu 51 Hình Đường cong tích phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 53 Hình Đường cong vi phân phân bố lỗ xốp than nghiên cứu 54 Hình Sơ đồ quy trình nhiệt phân than hóa thực