BAO CAO NHA MAY DIEN BIGAS NHOM 10

NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Đề tài: GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT SVTH: MSSV: TRẦN HỮU DƯ TRẦN TRUNG CHÁNH MAI PHÚ KHANG TPHCM, tháng 12 năm 2014 NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, giới nói chung Việt Nam nói riêng, nhu cầu lượng dầu mỏ nhằm đáp ứng nhu cầu cho hoạt động sống người ngày lớn, khả cung cấp ngày giảm Người ta dự tính khoảng 100 năm nguồn lượng từ thiên nhiên dầu mỏ, than đá … cạn kiệt Đây thật thách thức to lớn toàn thể ngành lượng giới mà có Việt Nam Vậy có nguồn lượng khác để thay cho nguồn lượng truyền thống điều mà nhiều nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng từ lâu Riêng Việt Nam nước phát triển, đời sống nhân dân nhiều khó khăn cộng với vấn đề môi trường nên nguồn lượng phải đáp ứng thêm hai yêu cầu rẽ tiền Việt Nam có tiềm lớn nguồn lượng sinh khối (chất thải từ nông nghiệp, rác, nước thải đô thị ), phân bổ rộng khắp toàn quốc Một số dạng sinh khối sản xuất điện áp dụng công nghệ đồng phát lượng (sản xuất điện nhiệt) Lượng sinh khối khổng lồ này, không xử lý nguồn ô nhiễm lớn phát sinh liên tục, gây nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái (đất, nước không khí) sức khỏe người Thêm vào đó, với phát triển sản xuất đô thị hóa, sức chịu tải hệ sinh thái giảm đi, chắn xung đột môi trường liên quan gia tăng Do đó, vấn đề lớn đặt xử lý chất thải sinh khối phát sinh thời gian ngắn nhất, đồng thời tận dụng hiệu lượng thu từ trình xử lý Câu trả lời tốt cho vấn đề môi trường giải pháp công nghệ biogas Ở quy mô lớn, sản phẩm Biogas chuyển hóa thành điện hòa vào mạng điện chung, sử dụng tất nghành sản xuất sinh hoạt Theo GS Pavel Jenicek, Đại học Công nghệ hóa Praha, Cộng hòa Séc, Việt Nam có nhiều yếu tố thuận lợi để phát triển công nghệ biogas: "Việt Nam nước nhiệt đới, nóng ẩm quanh năm, thuận lợi cho vi sinh vật sản xuất biogas phát triển Nguồn sinh khối dồi từ sản xuất nông nghiệp bùn hữu nước thải (organic sludge), ước tính 22 kg/người/ năm, nguồn nguyên liệu đủ lớn cho sản xuất biogas" NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Bùn cặn từ trình xử lý nước thải kèm sản xuất biogas dùng làm phân bón cho nông nghiệp Việc sản xuất khí Biogas từ chất thải sinh khối Việt Nam đã đã có từ lâu công nghệ Tuy nhiên, chỉ ứng dụng cách nhỏ lẻ, manh mún ở quy mô hộ gia đình, nhóm hộ gia đình gắn với mô hình kinh tế V.A.C hay ở số trại chăn nuôi nhỏ Chính phủ Việt Nam đã đề mục tiêu tăng thị phần lượng tái tạo tổng lượng thương mại sơ cấp từ 3% năm 2010 lên 4.5% năm 2020 6% năm 2030 Tuy nhiên, để phát triển công nghệ Biogas ở quy mô lớn, ứng dụng rộng rãi nước tạo sản lượng điện lớn, đủ để hòa chung với lưới điện quốc gia nhiều việc cần làm Nhà nước cần tạo hành lang pháp lý, môi trường kinh doanh hấp dẫn, thu hút thành phần kinh tế, nhà đầu tư nước, từ hình thành thị trường cạnh tranh liên quan đến kinh doanh, xử lý chất thải sản xuất biogas Các doanh nghiệp môi trường cạnh tranh qua chế đấu thầu để "được" xử lý chất thải Nhà nước chỉ quản lý công cụ kinh tế, kiểm soát tiêu chuẩn môi trường cho doanh nghiệp thu lợi nhuận từ việc sản xuất biogas, môi trường xử lý tốt với chi phí thấp Điều kiện tiên để xử lý tốt chất thải nói chung sản xuất biogas nói riêng phải NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT có hệ thống tập trung thu gom chất thải, từ phân loại, xử lý sản xuất biogas Thực tế nước ta ở phần lớn đô thị thị trấn, thị xã, huyện nhiều thành phố chưa có quy hoạch hay dành quỹ đất cho công trình xử lý môi trường, khu chung cư, đô thị xây dựng ạt, tùy hứng Đây điều bất hợp lý, thể việc quản lý đô thị theo tư nhiệm kỳ, thiếu tầm nhìn dài hạn Do đó, quy hoạch, cần phải dành diện tích đủ lớn, ở vị trí thích hợp cho công trình xử lý chất thải Nếu chưa đủ điều kiện triển khai, để trống hay chỉ sử dụng vào mục đích ngắn hạn, để triển khai không chi phí lớn cho đền bù giải tỏa Mặt khác, tác động môi trường xung quanh điều khó tránh khỏi, với trạm xử lý đại ở nước phát triển nên định phải có hoạch định trước để có hướng phát triển công trình lân cận tổng thể quy hoạch chung, tránh xung đột môi trường phát sinh không đáng có tương lai Theo kinh nghiệm nước phát triển, làm tốt khâu quy hoạch có quy hoạch môi trường đảm bảo trì tuân thủ quy hoạch yêu tố định để phát triển đô thị bền vững Công nghệ sản xuất biogas từ sinh khối công nghệ cao khó nắm bắt, tiếp thu Tuy nhiên, để xử lý chất thải sản xuất biogas ở quy mô lớn đồng trình độ khoa học nước lực doanh nghiệp nước chưa đáp ứng ngay, đòi hỏi thực tế cấp thiết Do đó, trước tiên, Việt Nam nên hợp tác với công ty nước để tận dụng công nghệ thiết bị mới, đại, đồng đã kiểm chứng, vận hành thành công nước phát triển Bằng cách này, ban đầu xây dựng mô hình chuẩn xử lý biogas, từ học hỏi nhằm đẩy mạnh lực nghiên cứu sản xuất doanh nghiệp môi trường nước, tiến tới tự chủ, phát triển ứng dụng phổ biến công nghệ Phân tích đặc điểm kinh tế, phát triển khoa học kỹ thuật đất nước, nhận thấy Việt Nam nước giai đoạn công nghiệp hoá, đại hoá có nông nghiệp phát triển Trong chăn nuôi quy mô lớn ngày phát triển, số lượng chất thải vô lớn Hiện người dân thường sử dụng phân chuồng bón cho trồng dùng làm thức ăn cho cá, gia súc… Điều có hại cho môi trường lãng phí bởi phân bò, phân heo cho ủ lên men điều kiện yếm khí tạo lượng khí mêtan (CH4) dùng để đốt cháy khí gas thiên nhiên Ngoài ra, thiết kế hệ thống biogas giúp giảm đáng kể tác hại ô nhiễm môi trường toán lượng Việt Nam mà Biogas giải pháp thích hợp Hơn nữa, khí mêtan sử dụng để sản xuất nguồn lượng quan trọng khác lượng điện NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Lý thuyết biogas 2.1.1 Sơ lược biogas Biogas, gọi khí sinh học, phát vào cuối kỷ 18 sản phẩm thu sau loạt trình phân hủy chất hữu phức tạp điều kiện môi trường oxy thành chất hữu đơn giản tác dụng vi sinh vật kỵ khí Biogas chứa chủ yếu mêtan (50 - 70%) CO2 (25 50%) tạp chất khác H2S, CO, NOx…Trong mêtan (CH4) mệnh danh nhiên liệu sạch, có nhiệt trị cao Một m CH4 đốt cháy toả nhiệt lượng tương đương với 1,3 kg than đá; 1,15 lít xăng; 1,17 lít cồn; hay 9,7 kW điện [9] Ở Việt Nam đến cuối thập niên 70 biogas bắt đầu ý, tình hình thiếu hụt lượng xu hướng tìm nguồn lượng mới, phát triển khí sinh học từ hầm ủ đặc biệt ý Tuy nhiên, đến năm gần đây, túi ủ khí làm nylon thực phát triển áp dụng rộng rãi nước Ưu điểm giá thành rẻ, dễ lắp đặt phù hợp với mô hình chăn nuôi hộ gia đình Hệ thống biogas đã xử lý tốt nguồn nước thải chăn nuôi, cung cấp nước tưới phân bón tốt cho trồng trọt Bên cạnh đó, người dân tận dụng nguồn khí mêtan làm khí đốt cho gia đình làm nguồn nhiên liệu cho động nhỏ như: máy phát điện, mô tơ…góp phần nâng cao kinh tế cho nhà nông Biogas hỗn hợp nhiều loại khí khác gồm mêtan (CH4), cacbon dioxit (CO2), hydro sulfit (H2S), nitơ (N2), lượng nhỏ tạp khí khác Hỗn hợp loại khí sinh từ trình phân hủy hợp chất hữu môi trường yếm khí [2]  Thành phần biogas Bảng 2.1 Thành phần hoá học khí biogas CH4 50 - 70 % thể tích CO2 20 - 50 % thể tích Hơi nước 0,3 % thể tích N2 0-5 % thể tích O2 0-2 % thể tích NH3 0-1 % thể tích H2 S 50 - 5000 ppm NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Chất khác hoạt động vi sinh vật giảm nhanh (Nguyễn Thị Thủy, 1991) 2.1.4.5 Thời gian ủ NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Thời gian ủ dài hay ngắn tùy thuộc vào lượng khí sinh Với nhiệt độ, độ pha loãng, tỉ lệ chất dinh dưỡng thích hợp thời gian ủ khoảng 30 - 40 ngày (UBKHKT Đồng Nai, 1989) 2.1.4.6 Hàm lượng chất rắn Hàm lượng chiếm % hoạt động túi ủ tốt Hàm lượng chất rắn thay đổi khoảng - % phụ thuộc vào khả sinh gas tốt hay xấu Ở Việt Nam vào mùa khô nhiệt độ cao phân hủy tốt, nên hàm lượng chất rắn bình giảm, việc cung cấp chất rắn cao chấp nhận ngược lại (UBKHKT Đồng Nai,1989) 2.1.4.7 Thành phần dinh dưỡng Để dảm bảo trình sinh khí diễn bình thường, liên tục phải cung cấp đầy đủ nguyên liệu cho trình sinh trưởng phát triển vi sinh vật Thành phần nguyên liệu cacbon (ở dạng cacbonhydrate, tạo lượng) nitơ (ở dạng nitrate, protein, amoniac tham gia vào cấu trúc tế bào) Để đảm bảo cân đối dinh dưỡng cho hoạt động vi sinh vật kỵ khí cần ý đến tỉ lệ C/N Tỉ lệ thích hợp từ 25/1 - 30/1 (UBKHKT Đồng Nai, 1989) NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT Bảng 2.2 Điều kiện thích hợp cho trình phân hủy kỵ khí Nhiệt độ Tiến trình mesophylic 95 F Tiến trình Thermophylic 130 F pH 7-8 Độ kiềm 2500 mg/L minimum Thời gian lưu trữ 10 - 30 ngày Tỉ lệ chất dinh dưỡng 0,15 - 0,35 Ib VS/ft /d Sản lượng biogas - ft /Ib VS Lượng mêtan 70 % 3 2.1.4.8 Các chất gây trở ngại cho trình lên men Vi khuẩn sinh mêtan dễ bị ảnh hưởng bởi độc tố hợp chất vô Theo nghiên cứu Nguyễn Việt Năng hàm lượng chất sau có khả ức chế trình lên men vi sinh vật kỵ khí Bảng 2.3 Hàm lượng chất ức chế trình lên men yếm khí [2] Tên hóa học SO4 Hàm lượng 2- 5.000 ppm NaCl 40.000 ppm NO2 mg/100 ml Cu 100 mg/l Cr 200 mg/l Ni 200 - 500 mg/l CN - 25 mg/l Alkyl benzen sulfonate 20 - 40 ppm NH3 1.500 - 3000 mg/l Na 3.000 - 5.500 mg/l K 2.500 - 4.500 mg/l Ca 2.500 - 4.500 mg/l Mg 1.000 - 1.500 mg/l Ngoài yếu tố trình bày ở lượng gas sinh phụ thuộc vào số yếu tố khác chiều dài chiều rộng túi ủ, loại phân… NHÀ MÁY ĐIỆN BIOGAS GVHD: Ts LÊ MINH NHỰT 2.1.5 Ảnh hưởng biogas đến môi trường 2.1.5.1 Cải thiện vệ sinh môi trường nông thôn Các thiết bị khí sinh học gia đình thường nối với nhà xí Phân người động vật đưa vào để xử lý nên hạn chế mùi hôi thối, ruồi nhặng chỗ để phát triển nên hạn chế bớt dịch bệnh truyền nhiễm sốt xuất huyết, dịch tả… Hệ thống biogas đã xử lý tốt lượng chất thải gia súc Nó làm giảm đáng kể mầm bệnh, lượng vi sinh vật có chất thải vật nuôi Khi chất thải xử lý biogas mùi hôi giảm, ký sinh trùng vi khuẩn gây bệnh bị tiêu diệt đáng kể (Ủy Ban Khoa Học Kỹ Thuật Đồng Nai, 1989) Bảng 2.4 Hiệu xử lý phân hệ thống biogas (Nguyễn Thị Hoa Lý, 1994 Trích dẫn Nguyễn Thị Hà Mỹ, 2002) Chỉ tiêu Trước xử lý Sau xử lý 7,4 7,8 - 7,9 COD (mg/l) 32.000 5.800 - 6.600 BOD (mg/l) 10.600 3.400 - 3.900 pH 12 - 15,26 x 10 10 12,3 x 10 - 25,74 x 10 E.coli (MPN/ml) 15,76 x 10 Coliform (MPN/l) 18,97 x 10 Streptococcus (MPN/l) Trứng ký sinh trùng (trứng/g) 54,5 x 10 0,31 - 2,7 x 10 2.750 105 - 175 2.1.5.2 Xử lý chất thải nông nghiệp thành phố Xử lý kỵ khí ở quy mô tập trung lớn chất thải có hàm lượng chất hữu cao rác thải, nước cống sinh hoạt, nước thải lò mổ trại chăn nuôi tập trung, nhà máy rượu bia… có nhiều ưu điểm diện tích đất sử dụng nhỏ, để lại cặn bùn, không tiêu tốn nhiều lượng… Ngoài ra, thu hồi khí sinh học để phục vụ chạy máy phát điện Nước rác xử lý bể phản ứng khí sinh học khắc phục ô nhiễm nước rác thấm vào đất 2.1.5.3 Giảm phát thải khí nhà kính Các chất thải hữu điều kiện tự nhiên bị phân hủy phần kỵ khí cho mêtan phát tán vào khí Khí mêtan khí gây hiệu ứng nhà kính lớn khí cacbonic Một khí mêtan tương đương 21 khí cacbonic hiệu ứng nhà 10 kính Nếu chất thải hữu phân hủy kỵ khí hầm ủ mêtan thu lại làm nhiên liệu Khi bị đốt cháy mêtan chuyển hóa thành cacbonic Một mêtan chuyển hóa thành 2,75 khí cacbonic Như tác dụng hiệu ứng nhà kính giảm 7,6 lần Ngoài ra, sử dụng khí sinh học thay cho củi bảo vệ rừng nguồn hấp thụ cacbonic chống xói mòn bảo vệ đất [7] Lượng CO2 xanh hấp thụ chuyển hóa thành tinh bột tác dụng ánh sáng mặt trời cung cấp trở lại cho động vật Chất thải thu từ động vật nguyên liệu cung cấp cho hệ thống biogas Lượng nước thải sau xử lý hệ thống biogas sử dụng để bón cho trồng giảm nguy ngộ độc cho người dùng sản phẩm trồng rau, hoa quả… Tất thể qua sơ đồ 2.2 Hình 2.2 Sơ đồ chu chuyển CO2 2.1.6 Tính chất khí biogas 2.1.6.1 Tính chất vật lý Nhiệt trị - kWh/m Khối lượng riêng 1,2 kg/m Nhiệt độ bắt lửa 700 C Thể tích tăng cháy - 12 % 2.1.6.2 Tính chất hoá học khí biogas Do biogas hỗn hợp gồm nhiều chất nên mang tính chất hoá học chất có thành phần biogas  Mêtan(CH4) Mêtan thuộc nhóm parafin có công thức cấu tạo chung CnH2n+1  Tính chất vật lý Mêtan chất khí không màu, không mùi nhẹ không khí Nhiệt độ 0 đông đặc - 182,5 C, nhiệt độ hoá lỏng - 161,6 C Ở 25 C, áp suất atm, mêtan có khối lượng riêng 0,660 kg/m  Tính chất hoá học Phương trình cháy: CH4 +O2 = CO2 + H2O Mêtan chất dễ cháy; nhiệt độ bắt lửa 537 C; nhiệt độ cháy đạt đến 2148 C; tỉ lệ bắt lửa - 15 % thể tích Đốt cháy hoàn toàn m mêtan sinh lượng khoảng (5500 - 6000) kcal  Khí cacbonic (CO2) Khí cacbonic không phản ứng với khí O2 nên không tham gia vào trình cháy động Tuy nhiên, lượng CO2 có biogas nhiều làm giảm thể tích CH4, làm ảnh hưởng đến công suất động  Khí nitơ (N2)  Tính chất vật lý Niơ chất khí không màu, không mùi, không vị Khối lượng riêng nitơ 1,146 kg/m ở 25 C, atm Khí nitơ tồn ở khắp nơi, chiếm 78,084 % theo thể tích 0 không khí Nitơ đông đặc ở 63,34 K hoá lỏng ở 77,4 K  Tính chất hoá học Ở nhiệt độ bình thường, không khí, khí nitơ không phản ứng với chất khác Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao (khoảng 1600 C) nitơ phản ứng với O2 có không khí tạo thành NOx Tuỳ thuộc vào lượng O2 tham gia phản ứng mà chất tạo thành N2O, NO, NO2, N2O5…  Khí amoniac (NH3) Amoniac có tên hydrogen nitride, spirit of hartshorn, nitrosil, NH3… Amoniac tồn biogas ở thể khí  Tính chất vật lý Amoniac có mùi khai, không màu nhẹ không khí 0,589 lần; khối lượng 0 riêng 0,6381 kg/m ; nhiệt độ đông đặc - 77,73 C; nhiệt độ hoá lỏng - 33,34 C Ở C 88,9 g amoniac hoà tan hoàn toàn 100 ml nước  Tính chất hoá học Ở nhiệt độ cao amoniac kết hợp với oxy để tạo thành hợp chất NOx Ví dụ phản ứng sau xảy ở 850 C cần có xúc tác NH3 +5 O2 = NO + H2O 10  Khí hydro sulfua (H2S)  Tính chất vật lý Là chất khí không màu, có mùi trứng thối Khối lượng riêng 1,363 Kg/m , nhiệt 0 độ đông đặc - 82,3 C, nhiệt độ hoá lỏng - 60,28 C H2S hoà tan vào nước tạo dung dịch acid H2S độ hoà tan thấp Ở 40 C 0,25 g H2S hoà tan hoàn toàn vào 100 ml nước  Tính chất hoá học H2S khí độc ảnh hưởng đến sức khoẻ người Lượng H 2S không khí 0,0047 ppm người ta ngửi thấy mùi trứng thối; 1000 ppm ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường hô hấp H2S khí acid yếu, có khả ăn mòn kim loại Tuy nhiên, ở nhiệt dộ cao H2S phản ứng với oxi, tạo hợp chất có tính acid mạnh hơn, ăn mòn kim loại nhanh H2S + O2 = H2SO3 H2S + O2 = H2SO4 Thành phần H2S biogas có khả làm mòn động cơ, sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động đốt người ta phải tiến hành khử, lọc loại bỏ H2S  Hơi nước Trong không khí luôn tồn lượng nước nên thành phần biogas chứa lượng nước đáng kể có ảnh hưởng đến trình cháy làm giảm lượng nhiệt sinh  Các thành phần khác Trong biogas có số loại khí khác chỉ chiếm lượng nhỏ, không đáng kể không gây ảnh hưởng đến tính chất biogas 2.1.7 Tiềm ứng dụng biogas 2.1.7.1 Tiềm phát triển biogas Nước ta nước nông nghiệp phát triển có số lượng vật nuôi lớn với gần triệu bò, triệu trâu 23 triệu lợn nên lượng phân ủ yếm khí biogas lớn Bảng 2.5 Năng suất khí biogas sinh từ phân gia súc Loại phân Trâu, bò Lượng khí biogas sinh (m / phân) 260 - 280 11 Thành phần mêtan (% thể tích) Heo 561 50 - 60 Bảng 2.6 Bảng thống kê số lượng phân ngày gia súc Vật nuôi Lượng phân (kg/ngày) Trâu 14 Bò 14 Lợn 2,44 Lượng khí bigas thu ngày từ trâu bò: (3.000.000 + 5.000.000) x 14 x 0,36 = 4.032.000 m gas/ ngày (1 kg phân trâu, bò ủ yếm khí sinh 0,036 m gas.) Lượng khí biogas thu ngày từ heo: 23.000.000 x 2,44 x 0,045 = 2.525.400 m gas/ngày (1 kg phân heo ủ yếm khí sinh 0,045 m gas) Tổng lượng gas lấy được: 4.032.000 + 2.525.400 = 6.557.400 m gas/ngày Như tận dụng tốt, nguồn biogas cho ta nguồn lượng lớn, đảm bảo cho môi trường xanh, 2.1.7.2 Ứng dụng biogas  Trong nước Khí biogas chủ yếu dùng để thay chất đốt Nguồn biogas nhận từ hầm khí sinh học đã cung cấp lượng phục vụ việc đun nấu Do hạn chế phần việc chặt phá rừng làm chất đốt Bùi Văn Ga cộng tác viên, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đã nghiên cứu thành công ứng dụng biogas làm nhiên liệu thay xăng cho xe gắn Các nhà khoa học ở Phân Viện Kỹ Thuật Công Binh (Bộ Quốc Phòng) phối hợp với trung tâm Nhiệt - Thuỷ - Khí - Động học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã thực thành công chương trình sử dụng khí sinh học chạy máy phát điện công suất nhỏ phục vụ cho hộ gia đình, trang trại chăn nuôi làng nghề Hiện nay, số địa phương như: Đồng Nai, Củ Chi, Hóc Môn… đã ứng dụng thành công việc sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động nhỏ, máy công tác thông thường như: máy bơm nước, máy phát điện… vào sản xuất bảo quản nông sản  Ngoài nước Việc nghiên cứu ứng dụng biogas đã xuất từ lâu Phát triển mạnh 12 ở nước Trung Quốc, Ấn Độ, Thụy Điển, Đức, Đan Mạch … Ở Trung Quốc, tổng sản lượng biogas nước 2000 triệu m /năm Biogas chủ yếu sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp sáng hay chạy động nổ phát điện Cho đến năm 1979, Trung Quốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng biogas Ở Ấn Độ, chương trình lượng nước nông thôn đã triển khai từ năm 90 kỷ trước Hàng năm có khoảng 200000 hộ gia đình Ấn Độ chuyển từ sử dụng lượng củi đốt sang sử dụng biogas Cho đến nay, Ấn Độ đã có đến 2000000 trạm biogas Ở Châu Âu, người ta đã chế tạo loại động chạy biogas sản xuất chủ yếu từ nhà máy xử lý chất thải, loại động hai kỳ (n = 400 - 1250 vòng/phút), công suất 42 HP, loại động tốc độ cao, đa xylanh hãng Cantebury cho công suất lên đến 105 KWh ở Anh, Đức…Các giải pháp động lưỡng nhiên liệu (Biogas - Diesel) đã nghiên cứu ứng dụng ở Đan Mạch, Đức, Thụy Điển [5] 2.1.8 Một số hầm ủ yếm khí tạo biogas 2.1.8.1 Dạng hầm vòm Hầm ủ yếm khí dạng vòm hình vuông hình tròn đặt hay mặt đất Hầm ủ dạng cho gas tương đối thấp, bố trí tay quậy, khó xúc rửa, tốn không gian giá đầu tư ít, di dời cần thiết 13 2.1.8.2 Dạng hầm giếng có khoang chứa gas Hầm ủ dạng thường xây gạch, ống vào xây thẳng để chống nghẹt Hầm vận hành liên tục Hầm có cấu tạo khoang gas nên dễ dàng tẩy rửa Áp suất sinh gas không đổi xoay khoang gas để sấy 2.1.8.3 Dạng hầm ủ túi dẻo Hầm ủ dạng có ưu điểm dễ di chuyển cần thiết, áp suất gas không đổi, hoạt động liên tục, cho gas nhiều dạng hầm khác với thể tích Tuy nhiên, vật liệu chế tạo plastic nên dễ xì, vỡ vớt váng bề mặt súc rữa bố trí tay khuấy 2.1.8.4 Hầm ủ dạng bê tông, composit Hầm ủ dạng phát triển dựa hầm ủ dạng túi dẻo Vật liệu chế tạo hầm thay bê tông composit Điều làm tăng giá thành, nhiên vật liệu đã khắc phục nhiều nhược điểm hầm ủ túi dẻo [2] Ngoài dạng hầm ủ có nhiều kiểu hầm ủ khác Tuy nhiên, lượng khí sinh ở dạng hầm không cao không phổ biến CÔNG NGHỆ VÀ NHÀ MÁY KHÍ SINH HỌC 3.1 Công nghệ: - Biogas hay gọi khí sinh học (KSH), hỗn hợp khí sản sinh từ phân huỷ chất hữu tác động vi khuẩn môi trường yếm khí Trong thành phần chủ yếu khí mêtan (CH4) - Khí đốt thiên nhiên có chất KSH Khí hình thành qua nhiều thời kỳ địa chất nên có hàm lượng mê tan cao, thường 90% Lợi ích nhà máy khí sinh học: - Khí sinh học -Phân sinh học Lợi ích bổ sung: Điện & 14 nhiệt ( trường hợp lắp đặt phần phụ) Methane cho nhiên liệu xe ô tô (trong trường hợp lắp đặt phần phụ) Tiết kiệm đầu tư ( cho công ty thành lập) Môi trường sinh thái( trường hợp tái chế sản phẩm) Đặc tính khí sinh học tương tự khí thiên nhiên từ đồng nghĩa với biogas khí metan, khí đầm lầy.Biogas caloric từ 6000 đến 9500ccal/m3 Biogas - khí với 50-70% khí mê-tan (CH4) hàm lượng 50-30% khí carbon dioxide (CO2) Phân sinh học: Khí sinh học công nghệ cho phép sản xuất phân bón sinh học nhanh có chứa chất hoạt tính sinh học vi lượng cách tiêu hóa kỵ khí Ưu điểm phân bón sinh học so sánh với thông thường hình thành, sẵn có, chất dinh dưỡng cân mức độ cao mùn chất hữu Chất hữu loại vật liệu lượng mạnh mẽ cho vi sinh vật đất, lý sau bón phân sinh học nitơ trình khác microbiologcal tăng lên Yếu tố đã đề cập ở có tác dụng tích cực cho đất thể chất kết sau ứng dụng, suất trồng cân phân bón sinh học tăng lên đến 30-50%  Điện: Đốt cháy 1m3 khí sinh học đơn vị lượng nhiệt sản xuất 2,4 kWh điện 2,8 kWh lượng nhiệt Điện sinh học Điện sinh học việc sử dụng bimomass để sản xuất điện  Có sáu hệ thống điện sinh học lớn giới bao gồm: 1) đốt biomass trực tiếp, 2) đồng đốt cháy 3) khí hoá 4) tiêu hoá kỵ khí 5) nhiệt phân 6) hệ thống điện sinh học nhỏ, module  Nhiệt: Sử dụng để sấy nông sản, sử dụng máy phát điện hơi, sử dụng cho công nghệ Nhiệt tạo làm mát động khí thải điện đồng phát Biogas đốt cháy để sản xuất nhiệt, lựa chọn lượng nhiệt sử dụng cho thiết bị bay tủ lạnh.Methane Để sử dụng biogas làm nhiên liệu xe hay cung cấp cho lưới điện khí phải nâng cấp (CO2 loại bỏ) Biomentane với trợ giúp hệ thống xử lý khí sinh học Sau xử lý khí, sản xuất tương tự khí tự nhiên (90-95% CH4) Chỉ có khác biệt nguồn Methane sản xuất từ biomass thông qua quy trình gọi tiêu hoá kỵ khí Tiêu hoá kỵ khí liên quan tới việc sử dụng vi khuẩn để phân huỷ chất hữu điều kiện thiếu oxy Methane sử dụng làm nhiên liệu theo nhiều cách Phần lớn sở đốt nồi hơi, tạo nước sản xuất điện sử dụng cho mục đích công nghiệp Methane sử dụng làm nhiên liệu tế bào nhiên liệu Tế 15 bào nhiên liệu hoạt động giống pin song không cần tái nạp Nó tạo điện chừng có nhiên liệu Ngoài khí, nhiên liệu lỏng sản xuất từ biomass thông qua quy trình gọi nhiệt phân Nhiệt phân xảy biomass nung nóng điều kiện thiếu oxy Sau đó, biomass biến thành chất lỏng gọi dầu nhiệt phân Có thể đốt dầu nhiệt phân giống xăng để sản xuất điện Một hệ thống điện sinh học sử dụng nhiệt phân thương mại hoá Mỹ Sản xuất khí sinh học cách tốt để bảo tồn phát thải khí mê-tan vào không khí phòng chống ấm lên toàn cầu.ERU Giảm phát thải Đơn vị tương đương với CO tương đương (CO2 sử dụng đơn vị giá trị để đánh giá khí nhà kính, ví dụ mét khối khí mê-tan tương đương với 21 CO2) Trên thị trường quốc tế ERU trở thành mặt hàng cho cá nhân, pháp nhân quốc gia Các nước tham gia Nghị định thư Kyoto mua, bán thực hoạt động khác liên quan đến quyền phát thải khí nhà kính 3.2 Hệ thống Biogas đồng phát:  Sơ đồ nhà máy khí sinh học: Nhà máy sản xuất khí sinh học biogas phân bón sinh học từ chất thải sinh học ngành nông nghiệp lương thực sử dụng phương pháp trình lên men oxy tự (tiêu hóa kỵ khí)  Nhà máy khí sinh học công nghiệp dự án xây dựng bao gồm trang thiết bị chiếm 70-80% 1) Phần lò phản ứng (bồn, bể chứa khí mê-tan, phản ứng sinh học) làm bê tông cốt thép compositer ,hầu hết chất trộn lẫn với Sự khác biệt chỉ hệ thống chất tải 2) Đối với chất rắn sử dụng tải vít, băng tải trường hợp phân lưu trữ sử dụng máy kéo 16 3) Đối với chất lỏng dùng bơm theo đường ống vào bồn Bồn thiết kế modul với đường kính từ 8-24m, chiều cao lên tới 9m Trong trường hợp công suất nhà máy tăng số bồn chứa tăng lên theo  Quy trình: Chất thải lỏng chất thải rắn ban đầu đưa đến bồn chứa sơ cấp lưu trữ 2-3 ngày bồn sơ cấp chất thải xử lý đồng Tại lò phản ứng nhiệt độ trì 30 - 410C trình lên men thực bởi vi sinh vật kỵ khí bơm vào nồi nấu thủy phân lên men lần nhà máy khí sinh học Năng lượng điện cho nhà máy khí sinh học chiếm 5-10% sản lượng điện nhà máy sản xuất Sản phẩm thu khí sinh học (biogas) phân bón sinh học ( rắn lỏng).Khí sinh học chứa bồn chứa gas Trước cung cấp biogas để phát điện người ta loại bỏ sunfuahydro.Trong trường hợp không phát điện người ta trang bị thêm hệ thống loại bỏ CO cho nhà máy biogas  Thiết bị nhà máy khí sinh học: Bể phân hủy bao gồm thép hàn liên kết phủ men thủy tinh chất lượng cao, gia công công nghệ thiêu kếtnhiệt độ cao Lớp men phủ chịu hóa chất chống ăn mòn, có tuổi thọ thời gian hoạt động dài Hố ga thép không gỉ, gia cố lỗ cho thiết bị trộn, lỗ truy cập - tất thứ thiết kế đặc biệt cho ứng dụng khí sinh học.(xem hình ảnh) Vít tải sinh khối Chất thải rắn vít tải đưa vào lò phản ứng, hệ thống định lượng trang bị cảm biến trọng lượng tích hợp với trung tâm điều khiển nhà máy biogas, hệ thống thủy lực kiểm soát cửa đóng xả Bộ khuấy trộn nghiêng tạo khí sinh học bề mặt Động điện phòng nổ máy khuấy để đảm bảo làm việc môi trường có nguy cháy nổ Máy khuấy lắp ráp vào thành nồi nấu Bộ khuấy trộn chìm lò phản ứng sinh học Máy khuấy hoạt động rulo hỗ trợ động máy khuấy nâng lên hạ xuống nhẹ nhàng Bồn lưu trữ gas: Cấu trúc hai lớp, bên nhựa PVC với phụ gia đặc biệt chống mưa nắng tia cực tím Lớp thứ hai trực tiếp tiếp xúc với khí sinh học làm chất liệu đặc biệt PELD, chịu áp suất khí sinh học Không khí bơm hai màng Áp suất khí sinh học bồn 200-500Pa Chế tạo bồn lưu trữ công nghệ hàn biến tần kỹ thuật số để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật so với hàn tay Bồn lưu trữ gas có van áp suất, hệ thống cấp khí bao gồm quạt, nươc 17 ngưng hệ thống thoát nước, hệ thống khử lưu huỳnh Hệ thống nhiệt nhà máy khí sinh học Nhiệt độ cố định liên tục hỗ trợ bên nồi nấu nhằm trì điều kiện sống vi khuẩn Nhiệt độ bên nồi nấu 37°С Nhiệt độ nước đầu vào để phân hủy hệ thống sưởi ấm 60°С Nhiệt độ nước 40°С, hệ thống sưởi ấm mạng lưới ống dẫn đặt bên tường nấuhay để bề mặt tường bên Trong trường hợp nhà máy khí sinh học trang bị với máy phát điện đồng phátnước nóng để sưởi ấm nấu cung cấp từ hệ thống làm mát động Nồi chạy khí sinh học, khí đốt tự nhiên hay hỗn hợp sử dụng nguồn lượng nhiệt cho nhà máy khí sinh học Hệ thống kiểm soát tự động hóa dựa trình tự điều khiển công nghiệp Siemens DP2-CPU315 ứng dụng hệ thống phân phối thiết bị ngoại vi ET200S Simatic với Touch OP277 điều hành hình cảm ứng bảng điều khiểnTự động hoá thực sau: - Kiểm soát mức độ thường xuyên lực thủy tĩnh cảm biến điện khẩn cấp; - Kiểm soát chất tải vớisự giúp đỡ cảm biến trọng lượng, đo lưu lượng, cảm biến cấp độ rơle áp lực dư thừa - Quy định chất pha trộn với giúp đỡ điều khiển;- Kiểm soát áp suất hệ thống sưởi với trợ giúp hệ thống van nạp; - Kiểm soát nhiệt độ bên bể phân hủy; - Kiểm soát chất lượng khí gas phân tích hệ thống; - Kiểm soát khí áp lực với giúp đỡ cảm biến áp suất khí, bao gồm cấp cảm biến vòm, van an toàn;- Lượng khí sản xuất với giúp đỡ đồng hồ đo lưu lượng khí Hệ thống tách nguyên liệu sinh khối chất lỏng chất rắn Ngọn đuốc khí sinh học: - hệ thống đốt đuốc khí sinh học chứa đầy bồn lưu Hệ thống có kết cấu điện tử 18 19 ... (mg/l) 10. 600 3.400 - 3.900 pH 12 - 15,26 x 10 10 12,3 x 10 - 25,74 x 10 E.coli (MPN/ml) 15,76 x 10 Coliform (MPN/l) 18,97 x 10 Streptococcus (MPN/l) Trứng ký sinh trùng (trứng/g) 54,5 x 10 0,31... (trứng/g) 54,5 x 10 0,31 - 2,7 x 10 2.750 105 - 175 2.1.5.2 Xử lý chất thải nông nghiệp thành phố Xử lý kỵ khí ở quy mô tập trung lớn chất thải có hàm lượng chất hữu cao rác thải, nước cống sinh... tan hoàn toàn 100 ml nước  Tính chất hoá học Ở nhiệt độ cao amoniac kết hợp với oxy để tạo thành hợp chất NOx Ví dụ phản ứng sau xảy ở 850 C cần có xúc tác NH3 +5 O2 = NO + H2O 10  Khí hydro