CHƯƠNG 1 .TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC
1.3.2 Các phương pháp loại bỏ Siloxan
Tùy thuộc vào q trình xử lý yếm khí sinh khí sinh học mà có khí siloxan hay khơng. Thường thì các q trình xử lý yếm khí bùn thải và tại các bãi chơn lấp chất thải có sự xuất hiện của tạp chất siloxan, thành phần này không phân hủy mà bay hơi đáng kể và được chuyển sang khí biogas. Trong giới hạn của đề tài, khí sinh học phát sinh trong từ q trình lên men yếm khí của bùn vi sinh tại hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất. Tuy nhiên, tác giả cũng giới thiệu thêm các phương pháp loại bỏ siloxan phổ biến hiện nay. Vấn đề chính với siloxan trong khí sinh học là tạo ra silica vi tinh thể (MCS) khi biogas được sử dụng làm năng lượng (trong q trình đớt). MCS có các tính chất thủy tinh và gây nhiễm bẩn các bề mặt kim loại dẫn đến mài mòn, khiến các tia lửa hoạt động kém, gây quá nhiệt các bộ phận nhạy cảm của động cơ do lớp phủ và gây ra sự suy giảm chung của tất cả các bộ phận cơ khí. Đáng chú ý là biogas sinh ra từ q trình lên men yếm khí phân chuồng tại các trang trại khơng chứa loại chất này. Do đó, vấn đề chỉ liên quan đến khí sinh học sinh ra từ hoạt động chôn lấp rác thải hoặc phân ủ. Cách khắc phục vấn đề này là thông qua việc loại bỏ siloxan ra khỏi hỗn hợp khí trước khi sử dụng, có bớn kỹ tḥt để loại bỏ siloxan bao gồm:
(a) Loại bỏ siloxan bằng quá trình hấp thụ với chất lỏng
Cơ chế tách được thực hiện bằng cách cắt đứt liên kết Si-O khi được xúc tác bằng các axit hoặc kiềm mạnh. Sử dụng dung dịch kiềm có nhược điểm là xảy ra phản ứng với CO2, do đó làm tăng đáng kể lượng tiêu thụ và tăng chi
phí. Các axit HNO3, H2SO4 và H3PO4 được sử dụng ở nhiệt độ tương đối cao (khoảng 60°C). Axit H3PO4 được chứng minh là khơng có hiệu quả. Sử dụng HNO3 có nồng độ cao (33%) thì hiệu suất loại bỏ siloxan thấp hơn 75%, trong khi sử dụng H2SO4 thì hiệu suất loại bỏ gần như hoàn toàn là 100% siloxan chỉ với nồng độ axit là 50% ở nhiệt độ 60°C. Hơn nữa, do phản ứng sử dụng các cột tiếp xúc lỏng và khí nén với vận tớc tương đới cao để bảo đảm bề mặt và hệ số truyền tải khối lượng cao nên sự có mặt của các giọt axit trong pha khí sẽ rất đáng kể. Các kết quả này chứng minh q trình này xảy ra rất mạnh do tính axit cực kỳ cao và tính khả thi về mặt kinh tế, kỹ thuật là vấn đề cần quan tâm khi ứng dụng trong thực tiễn.
(b) Loại bỏ siloxan bằng hấp phụ than hoạt tính (AC), màng phân tử alumina, silicagel (SG) hoặc các hạt polymer
Trong cùng lĩnh vực nghiên cứu các tác giả đã khảo sát các kỹ thuật loại bỏ siloxan khác nhau với các chất hấp phụ rắn. Họ đã sử dụng hai loại polyme: màng phân tử (zeolit 13X) SG, và 2 chất hấp phụ dựa trên AC (than hoạt tính và Carbopack B). Các thí nghiệm được thực hiện như sau : cho 0,5g mỗi chất hấp phụ tiếp xúc với 5mg các loại siloxan khác nhau. Sau đómột bình cớ định chứa 0,5g chất hấp phụ được cho tiếp xúc với dịng N2 với vận tớc 200 ml/phút chứa 1,2mg siloxan/Nm3 trong 2 phút. Giá trị đo được là khả năng loại bỏ siloxan tương ứng với khới lượng siloxan có ảnh hưởng, các kết luận chính cho hiệu quả xử lý như sau:
- Khả năng hấp phụ chủ yếu phụ thuộc vào loại siloxan, nghĩa là trong mọi trường hợp D5 siloxan (decamethyl cyclopentasiloxan) hấp thụ tốt hơn L2 siloxan (hexamethyldisiloxan). Do vậy thành phần siloxan phải được xem xét nghiêm túc;
- Một số siloxan (giống như D5) hấp phụ rất tớt trong tất cả các q trình hấp phụ được kiểm tra;
- SG là chất hấp thụ hiệu quả nhất nhưng cần điều kiện khí khơ. Trên thực tế, khí có độ ẩm 30% RH làm giảm hiệu quả hấp phụ của SG, hiệu suất chỉ đạt
50% tải trọng siloxan nếu so sánh với khí khơ (0% RH). Vì khí biogas ở trạng thái gần bão hoà hơi nước nên khi sử dụng phương pháp này cần phải được thực hiện theo hai bước: sấy khơ và sau đó là loại bỏ siloxan;
Khí biogas được sinh ra từ các nhà máy xử lý nước thải có chứa chất ơ nhiễm siloxan được xử lý bằng cách đưa khí biogas qua cột hấp phụ chứa alumina hoạt tính để loại siloxan. Khi alumina trở nên bão hòa với siloxan, thì khả năng hấp thụ của nó có thể được phục hồi bằng cách thổi khí nóng qua cột hấp phụ. Hệ thớng có chứa hai hoặc nhiều cột hấp thụ alumina thì có thể sử dụng một cột để loại bỏ siloxan trong khi các cột khác đang được tái sinh.
(c) Loại bỏ siloxan bằng phương pháp hịa tan với dung mơi hữu cơ
Phương pháp này dựa vào sự hòa tan chọn lọc của siloxan trong một sớ dung mơi hữu cơ có điểm sơi cao (như: tetradecane). Hiệu suất thu được là 97% đối với D4 siloxan. Việc áp dụng phương pháp này trong các mơ hình vừa và nhỏ là khơng bền vững về mặt kinh tế và kỹ thuật.
(d) Loại bỏ siloxan bằng phương pháp ngưng tụ Cryogenic
Cần làm lạnh đến -70°C để đạt được hiệu suất loại bỏ siloxan đạt hơn 99%. Ở điều kiện -25°C chỉ có 26% siloxan ngưng tụ dưới dạng chất lỏng. Phát minh này nhằm mục đích loại bỏ liên tục siloxan và H2O ra khỏi dòng thải. Quá trình này bao gồm các mơđun sau:
- Làm mát dịng thải trong thiết bị trao đổi nhiệt đầu tiên đến nhiệt độ -17°C để ngưng tụ một phần H2O từ dòng thải;
- Làm lạnh tiếp tục khí thải trong thiết bị trao đổi nhiệt thứ hai ở nhiệt độ khoảng -29°C để cơ đặc các siloxan và đóng băng lượng H2O cịn lại; - Sau đó là q trình ngưng tụ siloxan bằng Cryogenic.
Phương pháp đạt hiệu quả cao ở nhiệt độ khoảng -70oC nhưng tớn năng lượng và cần có những phân tích về kinh tế, kỹ thuật để chứng minh tính bền vững của phương pháp này.