Nghiên cứu khả năng sinh khí sinh học biogas của phụ phẩm dứa :Luận văn ThS. Kỹ thuật hoá học, vật liệu, luyện kim và môi trường: 605203

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ MẠNH TÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC BIOGAS CỦA PHỤ PHẨM DỨA LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NÔI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGÔ MẠNH TÚC NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG SINH KHÍ SINH HỌC BIOGAS CỦA PHỤ PHẨM DỨA Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 60520301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Cán hướng dẫn: TS Phan Thị Tuyết Mai Hà Nội – 2017 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Phan Thị Tuyết Mai – Giảng viên khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đề tài, hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ em suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Tự nhiên tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập làm việc trường Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè, người thân yêu chỗ dựa tinh thần vững cho em suốt trình học tập rèn luyện Đề tài em thực phịng Thí nghiệm số 2, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đề tài thực với nguồn kinh phí hỗ trợ từ đề tài đặt hàng tỉnh Ninh Bình với Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, mã số đề tài 16/HĐ-KHCN Hà Nội, ngày 19 tháng 09 năm 2017 Học viên Ngô Mạnh Túc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu trình phân hủy kị khí 1.1.1.Biogas gì? 1.1.2.Ứng dụng biogas 1.2 Quá trình phân hủy kỵ khí 1.2.1.Nguyên lý hóa học sinh học q trình phân hủy kị khí 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình lên men kị khí 12 1.3 Cơng nghệ phân hủy kỵ khí 15 1.4 Tình hình phát triển cơng nghệ biogas 19 1.4.1 Tình hình phát triển công nghệ biogas giới .19 1.4.2 Tình hình phát triển cơng nghệ biogas Việt Nam 19 1.5 Sản xuất biogas từ phụ phẩm dứa 20 1.5.1 Nguồn phụ phẩm dứa giới Việt Nam .20 1.5.2 Tình hình nghiên cứu sản xuất biogas từ phụ phẩm dứa………………… 21 1.5.3 Những yếu tố ảnh hưởng tới q trình lên men kỵ khí phụ phẩm dứa 23 1.5.4 Các phương pháp tiền xử lý phụ phẩm dứa cho trình phân hủy kỵ khí 25 Chương THỰC NGHIỆM 29 2.1.Nguyên vật liệu 29 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 29 2.1.2 Nguyên liệu hóa chất sử dụng 29 2.1.3 Trang thiết bị 29 2.2 Phương pháp nghiên cứu 30 2.2.1.Thiết kế vận hành mơ hình thí nghiệm 30 2.2.2 Xác định tổng thể tích khí sinh q trình phân hủy kị khí 32 2.2.3 Xác định suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 32 2.2.4 Phân tích hóa học 33 Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 3.1 Nghiên cứu tiềm sinh khí biogas phụ phẩm dứa 34 3.1.1 Xác định thành phần phụ phẩm dứa 34 3.1.2 Nghiên cứu trình thủy phân phụ phẩm dứa KOH 35 3.1.2.1.Khảo sát ảnh hưởng nồng độ KOH 36 3.1.2.2 Khảo sát ảnh hưởng thời gian thủy phân 38 3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn nguồn VSV sinh metan 40 3.1.4 Xác định suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 41 3.2 Nghiên cứu nâng cao suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa 43 3.2.1 Nghiên cứu trình thủy phân acid hóa vi sinh vật cỏ 43 3.2.2 Ảnh hưởng tỷ lệ dinh dưỡng C:N 47 3.2.3 Năng suất sinh khí biogas phụ phẩm dứa hệ thống pilot 48 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC 54 Học viên: Ngô Mạnh Túc Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ DANH MỤC HÌNH Hình 1: Một số lồi vi sinh vật q trình phân hủy kỵ khí…………………….10 Hình 2: Đường cong sinh trưởng vi sinh vật .11 Hình 3: Bể UASB 16 Hình 4: Bể tự hoại 16 Hình 5: Hệ thống lên men kị khí giai đoạn 16 Hình 6: Hệ thống lên men kị khí giai đoạn 16 Hình 7: Cấu trúc lignocellulose 24 Hình 8: Cấu tạo phân tử cellulose 24 Hình : Cơ chế tổng quát đề xuất phản ứng thủy phân xenlulo enzym cellulase . tạo điện trường khoảng 30 kV Mẫu bơm vào theo hai cách thủy động lực học (hydrodynamic) điện động học (electrokinetic) + Điều kiện đo: Học viên: Ngơ Mạnh Túc 63 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hệ đệm : L-Histidin/ 2- (N- morpholino) ethanesulfonic acid (MES) (Tỉ lệ 30/40 mM) (pH = 6,0) Mao quản silica với tổng chiều dài 50 cm, Chiều dài hiệu dụng 40 cm, đường kính mao quản 50 µm Bơm mẫu: theo phương pháp xiphông độ cao 15 cm 20 giây Thế: -18kV + Xử lý mẫu Các mẫu nước lọc qua màng lọc 0,45 µm, pha lỗng với tỉ lệ thích hợp phân tích thiết bị điện di mao quản (CE-C4D) Các mẫu phân tích theo phương pháp thêm chuẩn điểm lập đường thêm chuẩn PHỤ LỤC 4 Xác định COD Hoá chất dụng cụ: Học viên: Ngơ Mạnh Túc 64 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hỗn hợp phản ứng: Hoà tan 10,216 g K2Cr2O7 loại tinh khiết, sấy sơ 1030 C giờ, thêm 167 mL dung dịch H2SO4 33,3 g HgSO4 Làm lạnh định mức tới 1000 mL Thuốc thử acid: Pha thuốc thử theo tỉ lệ 22 g Ag2SO4 /4 kg H2SO4 Để dung dịch pha đến ngày để lượng bạc sunfat tan hoàn toàn Dung dịch chuẩn kaliphtalat (HOOCC6H4COOK): Sấy sơ lượng kaliphtalat nhiệt độ 1200o C Cân 850 mg kaliphtalat hoà tan định mức thành L Dung dịch chứa mgO2/mL Hóa chất dụng cụ: HgSO4, tkpt, H2SO4 đặc, tinh khiết, máy so màu, máy phá mẫu COD, ống phá mẫu có nắp vặn kín TFE, pipet Phương pháp xác định xây đựng đường chuẩn Bước 1: Lấy vào ống tube ampule 2,5 mL mẫu, Bước 2: Thêm vào 1,5 mL dung dịch phản ứng 3,5 mL dung dịch thuốc thử acid H2SO4 Bước 3: Đem đun thiết bị phá mẫu COD nhiệt độ 1500oC Bước 4: Lấy để nguội đến nhiệt độ phòng tiến hành đo mật độ quang bước sóng 600 nm (chú ý: đo tránh để dung dịch vẩn đục có bọt khí làm sai kết phân tích) Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn có nồng độ từ 0, 20, 50, 100, 200, 400, 600, 800, 1000 mgO2/L Tiến hành xử lý phá mẫu tương tự Từ số liệu thực nghiệm vẽ đường chuẩn COD biểu diễn hình 24 Học viên: Ngơ Mạnh Túc 65 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ Hình 24: Đường chuẩn xác định COD Học viên: Ngơ Mạnh Túc 66 Cao học Hóa K25 - KTHH Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC 5 Xác định PO43-+ (TCVN 6020-2008) - Nguyên tắc : PO43- phản ứng với Vanadat- Molipdat tạo thành phức có màu vàng Cường độ màu tùy thuộc hàm lượng PO43- mẫu Sau đo quang bước sóng 470 nm - Hóa chất Vanadat- Molipdat: Dung dịch A: Cân 12,5 g (NH4)2MoO4 (NH4)6Mo7O24.4H2O cho vào cốc thủy tinh pha thành 300 mL dung dịch nước cất Dung dịch B: Cân 0,625 g NH4VO3 cho vào cố thủy tinh Thêm 150 mL H2O cất, đun nhẹ bếp cho tan làm nguội thêm tiếp 150 mL HCl đặc Sau đó, cho dung dịch A trộn với dung dịch B định mức thành 500 mL - Tiến hành phân tích: Xác định đường chuẩn: Cân 1,211 g NH4H2PO4 sấy khô đến khối lượng không đổi 105oC pha L nước Dung dịch có nồng độ PO43là 1000 mg/L Sau đó, pha lỗng dung dịch 10 lần dung dịch có nồng độ PO43- 100 mg/L Cho dung dịch vào bình định mức theo tỷ lệ bảng sau, sau thêm mL Vanadat- Molipdat định mức đến vạch 25 mL nước cất Phân tích mẫu: Lấy 17,5 mL mẫu cho vào bình định mức, thêm mL Vanadat- Molipdat, sau đó, định mức đến 25 mL Đo quang bước sóng 470 nm Từ số liệu thực nghiệm vẽ đường chuẩn COD biểu diễn hình 25 Học viên: Ngơ Mạnh Túc 67 Cao học Hóa K25 - KTHH