CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.6. CÁC PHƯƠNG PHÁP BỐ TRÍ THÍ NGHIỆM

2.6.1 Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng xử lý của vật liệu xúc tác/ hấp phụ liệu xúc tác/ hấp phụ

Thí nghiệm 1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ SO2 của vật liệu CaO – Na2CO3 Nhằm xác định được độ hấp phụ cực đại khí SO2 của vật liệu CaO - Na2CO3, các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện sau: nồng độ SO2 đầu vào là 4000

mg/m3; khối lượng vật liệu là 10 g; lưu lượng dịng khí là 90 ml/s; nhiệt độ trong suốt q trình hấp phụ được giữ khơng đổi ở 120°C [137].

Thí nghiệm 2. Nghiên cứu khả năng oxi hóa CO của vật liệu La0.9K0.1CoO3 Nhằm xác định khả năng oxi hóa CO vật liệu La0.9K0.1CoO3, các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện sau: nồng độ khí CO đầu vào khoảng 4000 mg/m3; khối lượng vật liệu là 0,1 gram g; lưu lượng dịng khí là 20 ml/s; nhiệt độ trong suốt quá trình hấp phụ được khảo sát trong khoảng 25 - 350°C [49].

Bên cạnh đó, trong thực tế ứng dụng, tốc độ dịng khí có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả chuyển hóa khí của vật liệu. Nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của tốc độ dịng khí khả năng oxi hóa CO của vật liệu, các thí nghiệm đã được thực hiện với các điều kiện sau: nồng độ khí CO đầu vào khoảng 4000 mg/m3, tốc độ dịng khí 1,2 l/phút; 2,4 l/phút; 4,2 l/phút; 5,4 l/phút; 7,2 l/phút; 9,0 l/phút; 12 l/phút; khối lượng vật liệu 0,1 gram, nhiệt độ hoạt động của hệ 320 oC.

Thí nghiệm 3. Nghiên cứu khả năng chuyển hóa NOx của vật liệu V2O5 + WO3/

TiO2 + Al2O3 + SiO2

Nhằm xác định khả năng chuyển hóa NOx của vật liệu V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện sau: nồng độ khí NO, NO2 và H2 đầu vào là 187,5 mg/m3, 60 mg/m3 và 1070 mg/m3; khối lượng vật liệu là 0,1 gram g [138]; lưu lượng dịng khí là 90 ml/s. Nhiệt độ khảo sát là 25 oC; 250

C; 320 oC; 350 oC; 400 oC; 500 oC.

Thí nghiệm 4. Nghiên cứu ảnh hưởng miền nhiệt độ lên hiệu quả hoạt động của hệ xúc tác- hấp phụ

Khi tích hợp các modul xúc tác/hấp phụ vào cùng một điều kiện phản ứng, thì các chế độ nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả hoạt động của hệ thống xúc tác/hấp phụ. Chính vì vậy, các thí nghiệm được thực hiện với các điều kiện như sau: nồng độ khí CO, CO2, SO2, NOx và H2 đầu vào lần lượt là 2086 ± 32,09 mg/m3; 4,35 ± 0,01 %; 422 ± 18,34 mg/m3 ; 32,49 ± 0,97 mg/m3 và 143 ± 7 mg/m3. Tốc độ dịng khí là 3,0 l/s; Nhiệt độ hoạt động của hệ là 25 oC; 250 oC; 320 oC; 350 oC; 400

C; 500 oC. Khối lượng vật liệu hấp phụ/xúc tác trong nghiên cứu này là: CaO – Na2CO3 là 200 gram; La0,9K0,1CoO3 là 100 gram; V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 là 120 gram.

Thí nghiệm 5. Nghiên cứu hiệu quả hoạt động của hệ modun xử lý khí thải trong quy trình tách và làm sạch CO2 từ khí thải đốt than

Sau khi đã lựa chọn được nhiệt độ tối ưu cho hoạt động của hệ thống xúc tác/hấp phụ. Nhằm đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ modun xử lý khí thải trong quy trình tách và làm sạch CO2 từ khí thải đốt than khi kết hợp với modun phun sương, các thí nghiệm được thực hiện với các điều kiện như sau: nồng độ khí CO, CO2, SO2, NOx và H2 đầu vào lần lượt là 2086 ± 32,09 mg/m3; 4,35 ± 0,01 %; 422 ± 18,34 mg/m3 ; 32,49 ± 0,97 mg/m3 và 143 ± 7 mg/m3. Tốc độ dịng khí là 3,0 l/s, nhiệt độ hoạt động hệ là 320 oC. Khối lượng vật liệu hấp phụ/xúc tác trong nghiên cứu này là: CaO – Na2CO3 là 200 gram; La0,9K0,1CoO3 là 100 gram; V2O5 + WO3/ TiO2 + Al2O3 + SiO2 là 120 gram.

Thí nghiệm 6. Nghiên cứu hiệu quả tách CO2 khi kết hợp với hệ xúc tác quang hóa Khí thải đốt than sau khi qua hệ thống xử lý khí thải truyền thống ở nhiệt độ 320oC vẫn cịn khí CO và một lượng nhỏ khí SOx, NOx. Để xử lý triệt để các khí độc nói trên cần thiết phải nối dài hệ thống xúc tác. Mặt khác, nhiệt độ chuyển hóa khí độc trên vật liệu xúc tác/hấp phụ ở 320oC làm tiêu tốn khá nhiều năng lượng trong quá trình vận hành. Để khắc phục hai vấn đề này, hệ xúc tác quang đã được nối tiếp vào hệ thống xử lý hiện hành sau modul phun sương. Luận án đã tiến hành thử nghiệm hiệu quả xử lý khí thải đốt than theo hai giai đoạn: Giai đoạn đầu: Khí thải ban đầu được xử lý lần 1 qua hệ xúc tác truyền thống (A) – hệ modul xử lý khí thải - có kích thước 60x25x25 cm3,hoạt động ở nhiệt độ 320oC. Khí sau khi đã xử lý bằng hệ xúc tác truyền thống có nhiệt độ khá cao nên được dẫn qua hệ thống làm nguội đến nhiệt độ phịng (B), rồi thể tích khí đã nguội này tiếp tục được xử lý lần 2 bằng vật liệu quang xúc tác được thiết kế bởi 3 modul thạch anh, mỗi modul có đường kính 0,7cm chứa 1g xúc tác quang (C) ở nhiệt độ nuôi là 30oC, cường độ ánh sáng là 5000 lux. Khí thải qua hai giai đoạn xử lý được tập trung về bình thu khí (D). Tốc độ dịng khí là 3,0 l/s.

2.6.2. Các phương pháp bố trí thí nghiệm nghiên cứu Spirulina platensis

Thí nghiệm 1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ cấp giống đến sinh trưởng và khả năng hấp thu CO2 của Spirulina platensis SP8

Để xác định tỷ lệ cấp giống phù hợp cho sinh trưởng của chủng Spirulina

sinh trưởng và phát triển của chủng vi tảo này. Spirulina platensis SP8 được nuôi

trong các ống thủy tinh hình trụ 1 lít có chiều cao 412 mm, đường kính 60mm. Mơi trường ni cấy là Zarrouk 16,8g/l NaHCO3; và được sục khơng khí (có 0,032% CO2) với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h [139] kết hợp với sục khí CO2 tinh khiết có nồng độ 5% với tốc độ sục khí 0,1 L/phút trong thời gian 1 giờ [119]; cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ngày, nhiệt độ nuôi là 30oC. Tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,10 g/L; 0,15 g/L; 0,20 g/L; 0,25 g/L; 0,30 g/L SKK. Thí nghiệm được theo dõi trong vịng 10 ngày. Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Thí nghiệm 2. Nghiên cứu lựa chọn nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của

Spirulina platensis SP8

Để xác định nồng độ CO2 phù hợp cho sinh trưởng của chủng Spirulina

platensis SP8, chúng tôi tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ CO2 tinh

khiết lên sinh trưởng và phát triển của chủng vi tảo này. Spirulina platensis SP8

được ni trong các ống thủy tinh hình trụ 1 lít có chiều cao 412 mm, đường kính 60mm. Mơi trường ni cấy là Zarrouk 16,8g/l NaHCO3; và được sục khơng khí với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h kết hợp với sục khí CO2 tinh khiết: 1%, 2 %, 5 %, 10 %, 15 % với tốc độ sục khí 0,1 L/phút trong thời gian 1 giờ; cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ ngày, nhiệt độ nuôi 30oC. Tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L SKK. Thí nghiệm được theo dõi trong vịng 10 ngày. Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Thí nghiệm 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong môi trường lên

sinh trưởng của Spirulina platensis SP8

Trong thí nghiệm này, để tìm hiểu khả năng giảm số lượng bicác bonat trong mơi trường ni và ảnh hưởng của nó đến năng suất của VKL, tác giả đã tiến hành nghiên cứu thăm dò ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 lên sinh trưởng của S.

platensis SP8 trong nuôi thử nghiệm trong các các ống thủy tinh hình trụ 1 lít có chiều

cao 412 mm, đường kính 60mm; sục khí bằng khơng khí thường với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h. Cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ ngày, nhiệt độ nuôi 30oC. Tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L SKK. Các công thức thí nghiệm như sau:

Cơng thức 2 (CT2) : Mơi trường Zarrouk có chứa 11 g/L NaHCO3; Cơng thức 3 (CT3): Mơi trường Zarrouk có chứa 4 g/L NaHCO3;

Công thức 4 (CT4): Mơi trường Zarrouk có chứa 1,36 g/L NaHCO3 + 2 g/L Na2CO3 (Mơi trường Zarrouk cải tiến).

Các thí nghiệm được theo dõi trong 20 ngày. Mỗi công thức thí nghiệm lặp lại 3 lần. Thí nghiệm 4. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2 khác nhau lên sinh trưởng của Spirulina platensis SP8

Để đánh giá ảnh hưởng của nồng độ NaHCO3 trong điều kiện sục nguồn CO2

khác nhau lên sinh trưởng của Spirulina platensis SP8, tác giả nuôi S. platensis SP8

trong nuôi trồng thử nghiệm trong các các ống thủy tinh hình trụ 1 lít có chiều cao 412 mm, đường kính 60mm. Tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L SKK. Môi trường nuôi cấy là Zarrouk (16,8g/l NaHCO3) và Zarrouk cải tiến với các cơng thức thí nghiệm được bố trí như sau:

Cơng thức 1 (CT1): Mơi trường Zarrouk có chứa 16,8 g/L NaHCO3; Cơng thức 2 (CT2) : Mơi trường Zarrouk có chứa 11 g/L NaHCO3; Cơng thức 3 (CT3): Mơi trường Zarrouk có chứa 4 g/L NaHCO3; Công thức 4 (CT4): Môi trường Zarrouk cải tiến.

Mỗi công thức thí nghiệm được sục khơng khí thường (có 0,032% CO2) với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h; sục CO2 – pure 5 % với tốc độ sục khí 0,1 L/phút trong thời gian 1 giờ có kết hợp với sục khơng khí sạch (có 0,032% CO2) với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h; CO2 – lò đốt than 4,56 % với tốc độ sục khí 0,1 L/phút trong thời gian 1 giờ có kết hợp với sục khơng khí (có 0,032% CO2) với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h. Cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ ngày được cấp bởi các đèn huỳnh quang công suất 40 Wat. Nhiệt độ ni là 30oC. Thí nghiệm được theo dõi trong vịng 20 ngày. Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Thí nghiệm 5. Nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina platensis

SP8 ở các cơng thức thí nghiệm sử dụng nguồn CO2 khác nhau

Để tiến hành nghiên cứu thay đổi pH trong môi trường nuôi Spirulina

platensis, chủng Spirulina platensis SP8 được nuôi trong các ống thủy tinh hình trụ

1 lít có chiều cao 412 mm, đường kính 60mm. Mơi trường ni là Zarrouk (16,8g/l NaHCO3) và Zarrouk cải tiến với các cơng thức thí nghiệm như sau:

Đối chứng 1 (ĐC1): Mơi trường Zarrouk có chứa 16,8 g/L NaHCO3 + sục CO2 khơng khí;

Đối chứng 2 (ĐC2): Mơi trường Zarrouk cải tiến + sục CO2 khơng khí;

Cơng thức 1 (CT1): Môi trường Zarrouk cải tiến + sục CO2 5% tinh khiết kết hợp sục khơng khí;

Cơng thức 2 (CT2): Môi trường Zarrouk cải tiến + sục CO2 4,56% từ khí thải đốt than kết hợp sục khơng khí.

Khơng khí (có 0,032% CO2) được sục với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h; CO2 – pure 5 % hoặc CO2 4,56% từ khí thải đốt than được sục với tốc độ sục khí 0,1 L/phút trong thời gian 1 giờ. Cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ ngày. Nhiệt độ nuôi là 30oC. Tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L SKK. Thí nghiệm được theo dõi trong 20 ngày. Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại 3 lần.

Thí nghiệm 6. Nghiên cứu biến động của HCO3- và CO32- trong môi trường nuôi

Spirulina platensis SP8 khi sử dụng nguồn CO2 khác nhau

Chủng Spirulina platensis SP8 được ni trong các ống thủy tinh hình trụ 1 lít

có chiều cao 412 mm, đường kính 60mm. Mơi trường ni cấy là Zarrouk cải tiến với các cơng thức thí nghiệm như sau:

Cơng thức 1 (ĐC): Môi trường Zarrouk cải tiến + sục CO2 5% tinh khiết kết hợp sục khơng khí;

Công thức 2 (TN): Môi trường Zarrouk cải tiến + sục CO2 4,56% từ khí thải đốt than kết hợp sục khơng khí.

Thí nghiệm 7. Nghiên cứu sử dụng CO2 từ khí thải đốt than để nuôi Spirulina

platensis SP8 trong thiết bị phản ứng quang sinh 10 L

* Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian sục khí CO2 từ khí thải đốt than đến sinh

Để khảo sát ảnh hưởng của thời gian sục khí tới sinh trưởng của Spirulina

platensis SP8, thí nghiệm được tiến hành trong thiết bị phản ứng quang sinh 10L có

chiều cao 64 cm, chiều rộng 25 cm, chiều dày 9 cm. Môi trường nuôi là môi trường Zarrouk cải tiến được sục khơng khí với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h kết hợp với sục khí CO2 từ khí thải đốt than có nồng độ 4,56% với tốc độ sục khí 0,1 L/phút; tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L. Cường độ ánh sáng là 5000 lux với thời gian chiếu sáng 8 giờ/ngày, nhiệt độ ni là 30oC. Thời gian sục khí là 1 giờ/ngày; 2 giờ/ngày; 4 giờ/ngày; 8 giờ/ngày; 10 giờ/ngày; 12 giờ/ngày. Định kỳ lấy mẫu để xác định sinh khối và hàm lượng CO2 hấp thu. Thí nghiệm được theo dõi trong vịng 20 ngày.

* Ngồi thời gian sục khí, ở quy mơ này, thay đổi của pH và biến động của HCO3- và CO32-trong môi trường nuôi Spirulina platensis SP8 và chất lượng sinh khối

cũng như khả năng hấp thu CO2 của VKL cũng được nghiên cứu.

Thí nghiệm 8. Nghiên cứu sử dụng CO2 từ khí thải đốt than nhà máy gạch tuynel

để nuôi Spirulina platensis SP8 trong bể nuôi 6,25 m3

* Nghiên cứu sinh trưởng của Spirulina platensis sử dụng CO2 1,2% từ khí thải nhà máy gạch Tuynel (tốc độ sục khí CO2 50 L/phút)

Để khảo sát sinh trưởng của Spirulina platensis sử dụng CO2 1,2% từ khí thải

nhà máy gạch Tuynel (tốc độ sục khí CO2 50 L/phút), thí nghiệm được tiến hành trong bể nuôi 6,25 m3. Môi trường nuôi là môi trường Zarrouk cải tiến được sục khơng khí với tốc độ sục khí 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h kết hợp với sục khí CO2 từ khí thải đốt than có nồng độ 1,2 % với tốc độ sục khí 50 L/phút; tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L. Cường độ ánh sáng trung bình là 25.000 lux với thời gian chiếu sáng khoảng 8 giờ/ngày, nhiệt độ nuôi dao động quanh 30oC. Định kỳ lấy mẫu để xác định sinh khối. Thí nghiệm được theo dõi trong vịng 180 ngày.

Ở quy mô này, thay đổi của pH và biến động của HCO3- và CO32-trong môi

trường nuôi Spirulina platensis SP8 cũng được nghiên cứu.

* Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% từ khí thải đốt than nhà máy gạch tuynel đến sinh trưởng của Spirulina platensis SP8

Để khảo sát ảnh hưởng của tốc độ sục khí CO2 1,2% từ khí thải nhà máy gạch

Tuynel lên sinh trưởng của Spirulina platensis thí nghiệm được tiến hành trong bể

với tốc độ sục 1,2 L/L/phút trong thời gian 8h; tỷ lệ cấp giống ban đầu là 0,15 g/L. Cường độ ánh sáng trung bình 25000 lux với thời gian chiếu sáng khoảng 8 giờ/ngày, nhiệt độ nuôi dao động quanh 30oC. Tốc độ sục khí 1,2% CO2 là 50

Vật liệu xúc tác oxi hóa

Vật liệu xúc tác chuyển hóa NOx