Kết quả sinh khối tảo được xác định thông qua phép đo OD trên máy quang phổ UV- 2450 Shimatzu (Nhật Bản) và được đánh giá thông qua trọng lượng khô theo đồ thị chuẩn phản ánh mối tương quan giữa OD và trọng lượng khô.
PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả về thành phần khí, chất lượng khí CO2 sau khi loại bỏ các khí đồng hành Thiết bị xử lí khí thải từ việc đốt than tổ ong qui mô Pilot phòng thí nghiệm được thiết kế và chế tạo với việc sử dụng các bộ xúc tác và hấp phụ cùng với bộ phun nước đã phát huy tác dụng khử các khí thải đồng hành trong quá trình phát thải. Kết quả đã được ghi nhận sau nhiều lần đo. Dưới đây là kết quả chọn lọc khí thải qua nhiều lần đo.
Thành phần CO2 biến động từ (do than tổ ong được phối chế với một số phụ gia nên tỉ lệ CO2 chỉ bằng xấp xỉ ½ than cám nguyên chất).
CO đầu vào biến động từ : , CO đầu ra biến động từ -Hiệu suất khử CO đạt:
SO2 đầu vào: ,SO2 đầu ra -Hiệu suất khử SO2 đạt
NOx đầu vào : , NOx đầu ra -Hiệu suất khử NOx đạt :
Nhận xét:
-Do than tổ ong được sản xuất theo phương pháp thủ công và không tuân theo một qui trình công nghệ nào, nên khi đốt than thành phần khí thải khồn ổn định. Bởi vậy, kết quả tiến hành phân tích khí thải thu được qua các lần đo biến động khá lớn.Tuy nhiên sau nhiều lần đo đã xác định được thành phần của khí thải đốt than tổ ong như sau: hàm lượng khí VOC và HCl là không đáng kể; CO2 từ 5.3 % -6.8 %; CO từ 212.5 -688.5 mg/m3; SO2 từ 37.14-257.14 mg/m3 ; NOx từ 69.90-365.43 mg/m3.
-Thiết bị xử lí khí cho hiệu suất khử SO2 rất tốt, luôn đạt hiệu suất 100%, với CO hiệu suất khử trung bình chỉ đạt 38.79 % cần cải tiến chất xúc tác để nâng cao hiệu suất khử. Với NOx hiệu suất khử trung bình đạt 62.32 % có thể chấp nhận được vì NOx ở mức độ thấp được coi như nguồn dinh dưỡng tốt cho tảo. Cụ thể trong thí nghiệm đã sục trực tiếp CO2 và khí thải đồng hành sau khi được xử lí vào môi trường nuôi tảo Spirulina cho kết quả rất tốt.
Bảng I. Kết quả thay đổi hàm lượng khí thải đốt than sau khi đi qua buồng xúc tác hấp phụ trong một lần đo đặc trưng.
STT Chỉ tiêu Mẫu đầu vào Mẫu đầu ra Hiệu suất
[%] CO2 O2 [%] 2 CO2 [%] 3 CO [mg/m3] 4 SO2 [mg/m3] 5 NOx [mg/m3]
Đánh giá trung bình sau nhiều lần đo cho thấy thiết bị đạt hiệu suất khử % cho khí SO2, % cho khí CO, % cho khí NOx, giữ hàm lượng khí CO2 ở giá trị tuyệt đối khoảng
Trong thực tế, buồng xúc tác hấp phụ có thể tích vài m3, do vậy việc cấp nhiệt để ổn định nhiệt độ làm việc của các bộ xúc tác hấp phụ là không đơn giản. Ngoài việc tăng công suất điện cần đan xen thêm các bộ xúc tác cho phản ứng cháy để tự gia tăng nhiệt độ cho cả buồng.
3.2. Biến động hàm lượng C trong quá trình nuôi tảo
Khi sục khí CO2 vào bể nuôi tảo có thể xuất hiện các dạng hợp chất carbon vô cơ như H2CO3,HCO3-,CO32-. Tỉ lệ các ion này luôn thay đổi và phụ thuộc và pH. Thông thường tảo Spirulina sử dụng carbon ở dạng HCO3- và hình thành các ion OH-, CO32- dẫn tới việc pH trong bể luôn có xu hướng tăng lên. Nếu tiếp tục cấp CO2 vào dịch tảo thì pH sẽ giảm xuống theo các phương trình sau:
HCO3- + 2H2O → [CH2O] + H2O + O2 + OH-
HCO3- + OH- → CO32- + H2O CO32- + CO2+ H2O → 2HCO3-
Bảng 2. Hàm lượng HCO3-,CO32- trước và sau khi điều chỉnh CO2.
Thời gian
CO2 tinh khiết (ĐC)
HCO3- (mg/l) CO32- (mg/l)
Ngày Trước Sau Chuyển
hóa (%)
Trước Sau Chuyể
n hóa (%) Ban đầu 1 2 3 4 5
6 TB
3.3. Xây dựng mối liên hệ của tăng trưởng của tảo với giá trị OD
Trong những năm gần đây nghiên cứu tác động ảnh hưởng của thành phần khí thải và khả nămg hấp thụ CO2 trong khí thải của vi tảo đã được nhiều tác giả quan tâm. Oxit lưu huỳnh , đặc biệt SO2 có thể tác động đáng kể lên sinh trưởng của tảo.Khi nồng độ SO2 đạt 400 ppm,pH của môi trường nuôi tảo có thể giảm xuống dưới 4 và ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh trưởng của tảo.Trong điều kiện thí nghiệm của đề tài,khí SO2 đã bị loại bỏ hoàn toàn trước khi sục khí CO2 vào dịch tảo.
NOx (dưới dạng NO và NO2 ) tồn tại cùng với khí CO2 có thể ảnh hưởng đến pH của môi trường nuôi tảo nhưng ở mức độ thấp hơn SO2. Tuy nhiên NO cũng như NO2 đều được coi là nguồn dinh dưỡng Nitơ cho tảo.
Để đánh giá tốc độ tăng trưởng của tảo, hàng ngày mẫu được thu để đo mật độ quang học (OD),xác định sinh khối khô. Dưới đây là các kết quả liên quan đến sinh khối khô của Spirulina trong điều kiện hai hệ thí nghiệm khác nhau – hệ TN dùng nguồn CO2 còn lẫn một số tạp chất từ khí thải đốt than và hệ ĐC dùng nguồn CO2 tinh khiết.
Hình 1. Tốc độ tăng trưởng của tảo Spirulina ở 2 hệ nuôi khác nhau
Từ hình CO2 ta thấy sau … ngày thí nghiệm, tảo Spirulina ở cả 2 hệ đạt trọng lượng khô tới …g/L với sinh khối ban đầu gần …g/L. Như vậy tốc độ tăng trưởng của tảo
Spirulina trong môi trường bổ sung CO2 tách từ khí thải đốt than gần như tương đương với tảo được bổ sung bằng CO2 tinh khiết trong suốt thời gian thí nghiệm nói trên.Kết qảu này rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn vì:
1. Vi tảo có khả năng khai thác nguồn carcbon để quang hợp từ CO2 tinh khiết cũng như nguồn CO2 thu hồi từ khí thải đốt than. Như vậy, hoàn toàn có thể thu hồi CO2
từ khí thải đốt than để vừa giảm thiểu khí thải nhà kính và vừa nuôi đại trà vi tảo giàu dinh dưỡng.
2. Khí CO2 được thu hồi từ khí thải đốt than bằng công nghệ xúc tác chuyển hóa CO về CO2, chuyển hóa NOx về N2 và H2O và hấp phụ các thành phần khí thải đồng hành khác như SO2. Về lí thuyết, quá trình xúc tác và hấp phụ khó đat hiệu suất 100 % và do vậy song hành cùng với khí CO2 sục vào bể nuôi tảo cùng với một hàm lượng nhỏ các khí đồng hành khác. Kết quả thí nghiệm trình bày ở trên cho thấy những khí thải đồng hành chưa được loại bỏ hoàn toàn bằng công nghệ xúc tác hấp phụ đã sử dụng cũng không gây ảnh hưởng xấu tới sinh trưởng của vi tảo này và mở ra triển vọng ứng dụng công nghệ xúc tác hấp phụ để xử lí khí thải đốt than tạo nguồn CO2 rẻ tiền và hiệu quả để sản xuất sinh khối vi tảo.
3.4. So sánh thí nghiệm và đối chứng (CO2 sạch, CO2 từ không khí)
1. pH
Hình 1. Diễn biến pH của môi trường nuôi tảo được điều chỉnh bằng CO2 tinh khiết và CO2 tách từ khí thải đốt than.
2.Độ kiềm
Hình 2. Sự chuyển hóa của HCO3- và CO32- trong môi trường có nguồn CO2 tinh khiết và CO2 từ khí thải đốt than.
Hình 3. Sinh khối khô (g/L) của Spirulina trong môi trường có nguồn CO2 từ khí thải đốt than và CO2 tinh khiết.
4.Hàm lượng Chlorophil
Hình 4. Hàm lượng Chlorophil a của tảo Spirulina trong môi trường có bổ sung nguồn CO2 từ khí thải đốt than và CO2 tinh khiết.
5. Tốc độ tăng trưởng
Bảng 5. Tốc độ tăng trưởng của tảo Spirulina được cấp bởi nguồn CO2 từ khí thải đốt than và CO2 tinh khiết.
Thời gian Ngày CO2 tinh khiết CO2FG OD TLK (g/L) Chlo.a (µ/L) OD TLK (g/L) Chlo.a (µ/L) Ban đầu 1 2 3 4 5 6 7
3.5. Giá trị dinh dưỡng của tảo khi dùng khí CO2 đốt than quy mô pilot
Thành phần chất lượng vi tảo không khác biệt nhiều khi Spirulina sử dụng nguồn CO2
từ khí thải đốt than tổ ong (CO2 FG) và nguồn CO2 tinh khiết. Hàm lượng protien trong tảo ở mẫu thí nghiệm (CO2 FG) và ĐC (CO2 tinh khiết) lần lượt là …….TLK đều nằm trong khoảng dao động từ 50-65% TLK của tảo Spirulina nuôi trong các điều kiện khác nhau.
Hàm lượng chất béo và khoáng chất trong mẫu TN, ĐC gần như tương đương và đảm bảo thành phần dinh dưỡng của tảo khô Spirulina .
Hàm lượng carotenoid trong tảo Spirulina ở TN và ĐC lần lượt là 0.48 và 0.47 % TLK và tương đương với các số liệu đã được công bố trước đó.
Bảng 3. Giá trị dinh dưỡng sinh khối vi tảo Spirulina Số TT Thành phần (% TLK) Spirulina sử dụng CO2 từ khí thải đốt than FG (TN) Spirulina sử dụng CO2 tinh khiết (ĐC) 1 2 3 4
PHẦN IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1. Nguồn khí thải sau xử lí đáp ứng được đòi hỏi hàm lượng CO2 trên 5% và được làm sạch tương đối khỏi các khí độc hại song hành.Chúng được sục trực tiếp vào môi trường nuôi tảo Spirulina và cho kết quả khả thi với hiệu quả chuyển hóa CO32- (…% ở ĐC so với …% ở TN ) và HCO3- (…% ở ĐC so với …% ở TN) và hiệu quả hấp thụ CO2 (…%-…% ) trong dải pH tương ứng từ 9.00 đến 9.29 của dịch huyền phù tảo, và khả năng tăng sinh khối cũng như chất lượng sinh khối thu được.
2. Khí thải CO2 sau khi ra khỏi hệ modun xử lí khí thải được sử dụng trực tiếp để nuôi tảo Spirulina có thành phần : 6.2-6.7% CO2; CO (160-380 mg/m3 ), NOx
(16.94 – 49.55 mg/m3 ).Kết quả nhận được về tốc độ tăng trưởng và chất lượng tăng trưởng sinh khối vi tảo cho thấy việc sử dụng CO2 tận thu từ khí thải đốt than so với nguồn CO2 tinh khiết đều cho những kết quả tương đương.
3. Kết quả hoạt động của hệ mô đun xử lí khí thải đốt than được chế tạo và thiết kế với việc sử dụng các bộ xúc tác và hấp phụ cùng với bộ phun nước đã phát huy tác dụng khử các khí thải đồng hành trong quá trình phát thải cho hiệu quả xử lí tương đối cao: Hàm lượng khí CO2 đầu ra đạt 5-7%.Hiệu suất khử khí CO trung bình
đạt ....%, hiệu suất khử khí SO2 đạt …%, hiệu suất khử khí SO2 trung bình đạt … %.
Kiến nghị
1.Cần nghiên cứu sâu hơn về hiệu quả sử dụng CO2 của tảo và công nghệ lưu giữ CO2 sau khi tách.
2.Nghiên cứu nhiều hơn về các phuơng pháp giảm pH môi trường nuôi tảo trong trường hợp sục khí CO2 không kịp làm giảm pH môi trường nuôi tảo.
3.Cần mở rộng quy mô thử nghiệm với khí thải đốt than công nghiệp và hoàn thiện hệ mô đun xử lí khí thải để giảm hiệu quả hơn nữa các khí thải đồng hành và tăng chất lượng đầu ra khí CO2.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu Tiếng Việt
4. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền 1999. " Công nghệ Sinh học Vi tảo ". NXB Nông nghiệp.
5. Đặng Đình Kim, Đặng Hoàng Phước Hiền, 1994. "Vi tảo và các ứng dụng của chúng".
6. Đặng Đình Kim – Đề tài cấp Viện KHCNVN: Nghiên cứu công nghệ thu hồi CO2 từ khí thải đốt than để sản xuất sinh khối vi tảo giàu dinh dưỡng 2010- 2011, Hà Nội, 2011.
Tài liệu Tiếng Anh
J.Wilcox, Carbon Capture,
DOI 10.1007/978-1-4614-2215-0_1, © Springer Science+Business Media, LLC 2012(giới thiệu về phương pháp lưu trữ cacbon)
Mối quan hệ giữa co2 và khí hậu
2.EIA (2011) Annual Energy Outlook Energy Information Administration. U.S. Department of
Energy,Washington, DC(Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, tức là, than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên, là một chính-
nguồn thropogenic lượng khí thải CO2, với ước tính khoảng 30 tỷ tấn (Gt) CO2 (ví dụ,