Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phoi sắt để tách H2S. Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác. Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt. Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa.
Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau:
Fe + 1/2 O2 FeO
2Fe + 3/2O2 Fe2O3
3Fe + 2O2 Fe3O4
Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4. Các
phản ứng trên có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt. Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp.
Khi khí biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxyt sắt, H2S được tách ra
theo các phản ứng sau:
Fe2O3 + 3H2S Fe2S3 + 3H2O
Fe3O4 + 4H2S FeS +Fe2S3 + 4H2O
FeO + H2S FeS + H2O
Khả năng tách H2S của thiết bị giảm dần theo thời gian. Sau 1 tuần
sử dụng đầu tiên (trung bình 4 giờ/ngày), khả năng khử của thiết bị đạt trên 99,4%. Sau 1 tháng sử dụng, hiệu suất của thiết bị vẫn còn đạt trên 98%. Khi hiệu suất của thiết bị giảm thấp, chúng ta có thể tái sinh lõi lọc bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí. Phản ứng tái sinh diễn ra như sau:
Fe2S3 + O2 Fe2O3 + 3S FeS + O2 FeO + S
Phản ứng trên là phản ứng tỏa nhiệt, có thể tự xảy ra trong điều kiện nhiệt độ môi trường. Để gia tốc quá trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phoi sắt đã sử dụng trong 15 phút. Tuy nhiên quá trình này tạo ra chất
khí ô nhiễm SO2:
Fe2S3 + 9/2O2 Fe2O3 + 3SO2
Phoi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần.
Phoi sắt sau khi đốt được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 4:1 về thể
tích, sau đó được cho vào thiết bị lọc H2S (hình 4.3). Với lưu lượng
biogas là 0,86 m3/h, khối lượng phoi sắt sử dụng là 8kg để lắp đầy một
thiết bị bằng PVC có chiều cao 1,5m, đường kính ngoài 200mm. Tổn thất
áp suất trung bình khi qua thiết bị tách H2S là 0,3mbar.
Thiết bị như trên đã được sử dụng để lọc khí H2S cho nguồn khí
biogas tại Trung tâm bảo trợ xã hội, Đà Sơn, Hòa Khánh Nam, Đà Nẵng. Kết quả phân tích khí trước và sau khi đi qua lọc cho ở bảng 4.2. Chúng ta thấy hiệu suất lọc đạt khá cao (trên 99%).
Hình 3. 3 Thiết bị lọc H2S
Sau 1 giờ sử dụng Sau 20 giờ sử dụng
Trước xử lý Sau xử lý Trước xử lý Sau xử lý Hàm lượng H2S (mg/l) 0,17 0,000 5 0,20 0,001 ppm thể tích 112 0,33 132 0,66
Bảng 3. 2 Hiệu quả lọc H2S