3.2 Các công nghệ màng sản xuất hydro sinh học
3.2.3 Cân nhắc thiết kế lò phản ứng để sản xuất hydro sinh học: CSTR vớ
Theo đánh giá phê bình, các nghiên cứu liên quan có nghĩa rằng AnMBRs có thể cạnh tranh với CSTRs và cả các ứng dụng có thể được xem xét như các cấu hình lị phản ứng lên men sản xuất hydro sinh học có tính khả thi hơn, nhưng có thể cho các mục đích khác nhau. Theo đó, có thể thấy rằng một CSTR có thể hơi tốt hơn trong trường hợp khi nâng cao năng suất hydro sinh học và tốc độ sản xuất hydro xác định đó chính là mục tiêu hướng tới, trong khi đó các thiết kế thay thế của AnMBR lẽ cho phép đạt được tương đối tăng năng xuất thể tích hydro. Tuy nhiên, trong một số báo cáo, thực hiện tiến hóa tổng thể của AnMBR sản xuất hydro khá vượt trội so với các CSTR đang hoạt động ổn định. Hơn nữa, AnMBRs có thể cung cấp một khả năng hoạt động mạnh mẽ và phù hợp hơn.
Tuy nhiên, việc lựa chọn giữa hai hệ thống trên phải được thực hiện trong trường hợp cụ thể, ví dụ từ một q trình có thể phù hợp hơn cho một dự án cụ thể nào đó, trong khi các ứng dụng khác sẽ khả thi hơn cho các mục đích khác.
Hơn nữa, điều quan trọng là khơng chỉ có sản lượng và tốc độ sản xuất H2 là yếu tố quan trọng, rõ ràng là phải được xem xét khi thực hiện một việc đánh giá trong cả trên hệ thống và một số tính năng bổ sung, chẳng hạn như các khía cạnh
downstream là tốt. Điều này là bởi vì trên tất cả, phân tích đa khía cạnh của q
trình dự định là có thể thay đổi phù hợp của các khái niệm lị phản ứng khác nhau và do đó tăng/giảm mức độ hấp dẫn tương đối của CSTR và AnMBR. Ví dụ, mặc dù sản lượng hydro sinh học không phải là luôn ln cao như q trình liên tục khác, các ứng dụng tế bào tự do khác, nhưng nhận ra rằng một AnMBR có thể mang lại một số lợi thế như nước thải chất lượng cao, do đó sẽ khơng có cần bất kỳ thiết bị bổ sung (ví dụ như bể lắng) để tái chế các tế bào hoặc để sửa chữa các thiết bị bỏ ra.
Phản ứng sinh học hỗ trợ với màng vi lọc hoặc siêu lọc có thể đảm bảo tương đối sạch nước thải về chất hữu cơ rắn và các thơng số vi khuẩn. Do đó, nó làm giảm sự cần thiết và chi phí của bất kỳ q trình sau quá trình lên men.
Tuy nhiên, một sự phát triển rộng lớn của lĩnh vực này là cần thiết để thiết lập kết luận về cơ sở vững chắc hơn do một số hạn chế của nghiên cứu sử dụng AnMBRs cho sản xuất hydro sinh học.
Để tạo thuận lợi cho sự tiến bộ trong nghiên cứu AnHPMBR, một số gợi ý có thể được dùng cho thiết kế của chúng, như sau: Trước hết, hydro sản xuất truyền chất có tầm quan trọng cao. Nhiệt hoặc axit xử lý sơ bộ các quần yếm khí sẽ xuất hiện có tính khả thi. Hơn nữa, có vẻ như mang lại lợi ích để có được thích nghi được với một chất nền nhất định trong lị phản ứng thơng thường (ví dụ như trong các mạch liên tục khuấy) trước khi tích hợp hệ thống với một mơ-đun màng và chuyển sang chế độ AnMBR. Thời gian chuyển dịch của các hoạt động MBR nên có thời điểm khi sự rửa trơi của xúc tác sinh học tế bào trở thành một mối đe dọa tiềm năng trong màng lọc thơng thường ít lên men đảm bảo bằng thủy lực và thời gian lưu giữ vững chắc. Trong chế độ AnMBR, tỷ lệ SRT / HRT là một quá trình diễn biến quan trọng cho hiệu suất sản xuất hydro. Kết quả sơ bộ thu được trong lò phản ứng cịn thiếu màng có thể được sử dụng như một điểm chuẩn cho những cái đạt được trong cấu hình AnMBR. Đối với các màng tế bào, màng vi lọc dường như
được áp dụng, nhưng một khái niệm hoạt động thích hợp là cần thiết để hạn chế nguy cơ thất bại của lò phản ứng sinh học ví dụ như lị phản ứng do tắc nghẽn. Điều này khẳng định sự lựa chọn thích hợp của các yếu tố nồng độ (tỷ lệ SRT/HRT) và các kỹ thuật tái tạo thông lượng thấm.
Tổng quan hiện tại trên phản ứng sinh học màng kỵ khí,mặc dù số lượng hạn chế các tài liệu có liên quan chỉ ra rằng các hệ thống tích hợp rất hấp dẫn cho sản xuất hydro sinh học và có thể được coi là giải pháp thay thế cho các ứng dụng phổ biến nhất CSTR. Tuy nhiên, nhiều cống hiến nghiên cứu là cần thiết cho sự phát triển của các lĩnh vực sản xuất ví dụ như để có được một tốt hơn dưới đứng về tương hỗ phản ứng sinh học và màng, đó là một yếu tố quan trọng để đạt được hiệu quả tốt hơn và dễ dự đoán hơn, kiểm soát và dài hạn, trạng thái ổn định hơn.
Do đó, cơng việc này nỗ lực đưa tổng quan về tiến độ các phản ứng sinh học màng kỵ khí được sử dụng trong cơng nghệ lên men hydro. Thứ nhất, các tính năng chính của thơng thường, phản ứng sinh học kỵ khí màng được trình bày. Sau đó, một số vấn đề chính cần quan tâm (thời gian lưu giữ, chất dinh dưỡng, các vấn đề liên quan đến màng) ảnh hưởng đến hiệu suất của phản ứng sinh học kỵ khí sử dụng màng sản xuất hydro (AnHPMBR) được thảo luận. Cuối cùng, tính khả thi của AnMBR cho thế hệ hydro sinh học so với CSTRs truyền thống được đánh giá cao hơn.
Nhiên liệu sinh học là chìa khóa giải quyết vấn đề ơ nhiễm bầu khí quyển và sự biến đổi khí hậu tồn cầu đó mối lo của tồn thế giới hiện nay khi sử dụng nhiên liệu hóa thạch.
Một nền kinh tế năng lượng sinh học sẽ xuất hiện như đã xuất hiện nền kinh tế dầu – khí, sẽ buộc phải thay đổi tận gốc những hạ tầng cơ sở của nền kinh tế hóa thạch cùng các hoạt động của con người. Phương thức sản xuất nguồn năng lượng mới khơng cịn là tìm kiếm, thăm dị, khai thác; phương thức tồn chứa, vận chuyển, cung ứng năng lượng sinh học cho các nhu cầu tiêu thụ sẽ buộc phải có cấu trúc, xây dựng hạ tầng cơ sở mới. Động cơ sẽ được chế tạo theo nguyên lý mới phù hợp nguồn năng lượng sinh học, tất nhiên sẽ khác hẳn các động cơ xăng, dầu.
Các nhà khoa học trên thế giới đang nỗ lực nghiên cứu, tìm tịi và khám phá ra cách tốt nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học, một tương lai không phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Với mục tiêu nghiên cứu ảnh hưởng của cơng nghệ màng đến q trình sản xuất năng lượng sinh học, em đã thu được những kết quả sau:
- Nắm vững lý thuyết về công nghệ màng
- Hiểu rõ về một số công nghệ sản xuất năng lượng sinh học có sử dụng cơng nghệ màng như: sản xuất ethanol sinh học, sản xuất khí metan và hydro sinh học, sản xuất bio – dầu và diesel sinh học, sản xuất tảo.
- Nắm vững lý thuyết và quy trình hai cơng nghệ: Cơng nghệ màng kỵ khí sản xuất hydro sinh học (AnHPMBR) và Cơng nghệ màng kỵ khí sản xuất hydro sinh học ( CSTR ).
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Luận văn công nghệ sản xuất bio ethanol, Kỹ sư: Trần Thái Huy – Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng.
2. Cao Đình Khánh Thảo, Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý rơm rạ để lên men ethanol, Luận văn Đại học, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học – Khoa Cơng Nghệ Hóa Học, 01/2007.
3. Recent advances in membrane technologies for biorefining and bioenergy production.
4. Oh S-E, Iyer P, Bruns MA, Logan BE. Biological hydrogen production using a membrane bioreactor. Biotechnol Bioeng 2004;87:119–27.
5. P. Bakonyi, N. Nemestóthy, V. Simon, K. Bélafi-Bakó, Fermentative hydrogen production in anaerobic membrane bioreactors: A review.
6. Uragami T, Matsugi H, Miyata T. Pervaporation characteristics of organic– inorganic hybrid membranes composed of poly(vinyl alcohol-co-acrylic acid) and tetraethoxysilane for water/ethanol separation. Macromolecules 2005;38:8440–6.
7. Shen L, Zhou Y, Mahendran B, Bagley DM, Liss SN. Membrane fouling in a fermentative hydrogen producing membrane bioreactor at different organic loading rates. J Membr Sci 2010;360:226–33.
8. Shen L, Bagley DM, Liss SN. Effect of organic loading rate on fermentative hydrogen production from continuous stirred tank and membrane
bioreactors. Int J Hydrogen Energy 2009;34:3689–96.
9. Lee D-Y, Li Y-Y, Noike T. Continuous H2 production by anaerobic mixed microflora in membrane bioreactor. Bioresour Technol 2009a;100:690–5. 10.