Luận Văn Thạc Sĩ: Kỹ Thuật Làm Sạch Khí Sinh Học Sử Dụng Dung Dịch Hấp Thụ Ba(OH)2

Nghiên cứu ứng dụng dung dịch Ba(OH)2 để làm sạch khí sinh học, hiệu quả trong xử lý khí thải, bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng không khí.

• Tác giả: Tôn Nữ Thị Phương Vi
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Văn Mạnh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC
• 1.2. SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC
• 1.3. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC
• 1.3.1. Loại bỏ H2S và NH3 bằng phương pháp hóa lý
• 1.3.2. Các phương pháp loại bỏ Siloxan
• 1.3.3. Loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học
• 1.3.4. Một số phương pháp phổ biến làm sạch khí sinh học trên thế giới
• 1.3.5. Công nghệ làm sạch khí sinh học tại Việt Nam
• 1.4. CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SINH HỌC BẰNG THIẾT BỊ LY TÂM TRỌNG LỰC TỐC ĐỘ CAO
• 1.5. HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC
• 1.6. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.6.1.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6.1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6.2. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU
• 1.6.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.6.3.1. Quy trình thí nghiệm
• 1.6.3.2. Các nội dung nghiên cứu
• 1.6.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2
• 1.6.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2
• 1.6.3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2
• 1.6.3.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2
• 1.6.3.7. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian
• 1.6.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.6.4.1. Phương pháp thực nghiệm
• 1.6.4.2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích
• 1.6.4.3. Phương pháp kế thừa
• 1.6.4.4. Phương pháp chuyên gia
• 1.6.4.5. Phương pháp tính toán
• 1.7. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 1.7.1. MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BÙN YẾM KHÍ TẠI NHÀ MÁY
• 1.7.2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH HẤP THỤ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2
• 1.7.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ QUAY CỦA THIẾT BỊ HGRPB ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2
• 1.7.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2
• 1.7.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2
• 1.7.6. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN
• 1.8. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khí sinh học

Khí sinh học, hay còn gọi là biogas, là sản phẩm của quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ. Thành phần chính của khí sinh học bao gồm methane (CH4) và carbon dioxide (CO2), cùng với một số tạp chất như hydrogen sulfide (H2S) và ammonia (NH3). Việc làm sạch khí sinh học là cần thiết để nâng cao chất lượng khí, giúp khí có thể sử dụng làm nhiên liệu cho các động cơ phát điện. Kỹ thuật làm sạch khí bằng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 đã được nghiên cứu và áp dụng nhằm loại bỏ các tạp chất độc hại, đặc biệt là H2S, từ khí sinh học. Theo nghiên cứu, việc loại bỏ H2S không chỉ cải thiện chất lượng khí mà còn bảo vệ môi trường và thiết bị sử dụng khí sinh học.

1.1. Quy trình phân hủy kị khí

Quá trình phân hủy kị khí diễn ra qua nhiều giai đoạn, bao gồm thủy phân, axit hóa, acetat hóa và metan hóa. Mỗi giai đoạn đều có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi chất hữu cơ thành khí sinh học. Giai đoạn metan hóa là giai đoạn cuối cùng, nơi các vi sinh vật methanogen chuyển đổi các sản phẩm trung gian thành methane và carbon dioxide. Việc hiểu rõ quy trình này giúp tối ưu hóa các phương pháp làm sạch khí sinh học, từ đó nâng cao hiệu suất loại bỏ các tạp chất như H2S và CO2.

II. Phương pháp làm sạch khí sinh học

Phương pháp làm sạch khí sinh học bằng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 là một trong những kỹ thuật hiệu quả nhất hiện nay. Dung dịch này có khả năng hấp thụ H2S và CO2, giúp cải thiện chất lượng khí sinh học. Phương pháp hấp thụ này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, dễ dàng áp dụng trong các hệ thống xử lý khí sinh học. Nghiên cứu cho thấy, nồng độ dung dịch hấp thụ và tốc độ dòng khí có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Việc tối ưu hóa các thông số này là rất quan trọng để đạt được hiệu quả cao nhất trong quá trình làm sạch khí.

2.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ

Nồng độ dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng loại bỏ H2S và CO2. Nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ dung dịch tăng, hiệu suất loại bỏ H2S cũng tăng theo. Tuy nhiên, cần phải cân nhắc giữa nồng độ dung dịch và chi phí vận hành. Việc lựa chọn nồng độ tối ưu không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí cho quá trình làm sạch khí sinh học.

2.2. Tốc độ dòng khí và hiệu suất loại bỏ

Tốc độ dòng khí cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Tốc độ dòng khí quá cao có thể dẫn đến việc dung dịch hấp thụ không kịp thời gian tiếp xúc với khí, làm giảm hiệu suất loại bỏ. Ngược lại, tốc độ dòng khí quá thấp có thể làm tăng chi phí vận hành. Do đó, việc xác định tốc độ dòng khí tối ưu là cần thiết để đảm bảo hiệu quả làm sạch khí sinh học.

III. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ

Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Độ bão hòa ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ của dung dịch, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất làm sạch khí. Nghiên cứu cho thấy, theo thời gian, dung dịch hấp thụ sẽ đạt đến độ bão hòa nhất định, làm giảm khả năng loại bỏ H2S và CO2. Việc theo dõi và điều chỉnh dung dịch hấp thụ là cần thiết để duy trì hiệu suất làm sạch khí ở mức cao nhất.

3.1. Thời gian và hiệu suất hấp thụ

Thời gian tiếp xúc giữa khí sinh học và dung dịch hấp thụ là yếu tố quyết định đến hiệu suất hấp thụ. Nghiên cứu cho thấy, thời gian tiếp xúc càng lâu, hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 càng cao. Tuy nhiên, cần phải cân nhắc giữa thời gian tiếp xúc và chi phí vận hành. Việc tối ưu hóa thời gian tiếp xúc sẽ giúp nâng cao hiệu quả làm sạch khí sinh học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Khí sinh học (biogas) là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn, được tạo ra từ quá trình phân hủy yếm khí các chất thải hữu cơ như bùn thải, phân động vật, rác thải nông nghiệp và nước thải sinh hoạt. Tại Việt Nam, khí sinh học được ứng dụng rộng rãi trong các hộ gia đình và trang trại, tuy nhiên hiệu suất phát điện còn thấp do khí chứa nhiều tạp chất như hydrogen sulfide (H2S), carbon dioxide (CO2), amoniac (NH3) và siloxan, gây ăn mòn thiết bị và giảm tuổi thọ động cơ. Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 kết hợp với thiết bị quay ly tâm tốc độ cao (HGRPB) nhằm nâng cao hiệu quả loại bỏ H2S và CO2, cải thiện chất lượng khí sinh học, phục vụ phát điện công nghiệp quy mô lớn.

Mục tiêu chính của luận văn là đánh giá hiệu quả làm sạch khí sinh học từ hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải công suất 80 m³/ngày tại Nhà máy bia Sài Gòn – Đắk Lắk, trong khoảng thời gian từ tháng 10/2018 đến tháng 2/2020. Nghiên cứu tập trung vào các thông số vận hành như nồng độ dung dịch Ba(OH)2, tốc độ quay thiết bị HGRPB, tốc độ dòng khí và tốc độ dòng dung dịch hấp thụ. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất phát điện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và thúc đẩy phát triển năng lượng sạch tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Quá trình phân hủy yếm khí: Bao gồm bốn giai đoạn chính là thủy phân, axit hóa, acetate hóa và methan hóa, trong đó khí sinh học được tạo thành chủ yếu từ methane (CH4) và carbon dioxide (CO2). Các phản ứng hóa học chi tiết mô tả sự chuyển hóa các hợp chất hữu cơ thành khí sinh học.

• Cơ chế hấp thụ hóa học: Sử dụng dung dịch Ba(OH)2 để hấp thụ H2S và CO2 trong khí sinh học dựa trên phản ứng kết tủa và trung hòa các khí độc hại, giúp loại bỏ hiệu quả các tạp chất gây ăn mòn và giảm nhiệt trị khí.

• Thiết bị quay ly tâm tốc độ cao (HGRPB): Tăng cường tiếp xúc giữa khí và dung dịch hấp thụ nhờ lực ly tâm, nâng cao hiệu suất hấp thụ khí trong quá trình làm sạch.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất loại bỏ khí (RE), tải trọng khí (LR), thời gian lưu khí (EBRT), và độ bão hòa dung dịch hấp thụ theo thời gian.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Khí sinh học được thu thập từ hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải công suất 80 m³/ngày tại Nhà máy bia Sài Gòn – Đắk Lắk. Dữ liệu thí nghiệm bao gồm nồng độ H2S, CO2 trước và sau xử lý, các thông số vận hành thiết bị HGRPB.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp thực nghiệm với thiết bị HGRPB kết hợp dung dịch Ba(OH)2, đo nồng độ khí bằng các thiết bị phân tích khí chuyên dụng. Phân tích số liệu bằng phương pháp thống kê mô tả và so sánh hiệu suất loại bỏ theo các biến số vận hành.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thí nghiệm được thực hiện liên tục trong 16 tháng, với nhiều lần đo lặp lại để đảm bảo độ tin cậy. Mẫu khí được lấy định kỳ từ túi chứa khí thô và khí tinh khiết.

• Timeline nghiên cứu: Từ tháng 10/2018 đến tháng 2/2020, bao gồm giai đoạn chuẩn bị, thực nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch Ba(OH)2: Khi tăng nồng độ dung dịch từ 0,5% đến 2%, hiệu suất loại bỏ H2S tăng từ khoảng 70% lên đến 95%, đồng thời hiệu suất loại bỏ CO2 cũng cải thiện đáng kể, đạt trên 80%. Điều này cho thấy nồng độ dung dịch là yếu tố quyết định trong quá trình hấp thụ khí.

2. Tác động của tốc độ quay thiết bị HGRPB: Tăng tốc độ quay từ 500 đến 1500 vòng/phút làm tăng hiệu suất loại bỏ H2S từ 75% lên 92%, và CO2 từ 65% lên 85%. Lực ly tâm cao giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và dung dịch, nâng cao hiệu quả xử lý.

3. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí và dòng dung dịch: Tốc độ dòng khí tăng từ 10 đến 30 m³/h làm giảm hiệu suất loại bỏ H2S từ 90% xuống 75% do thời gian tiếp xúc giảm. Ngược lại, tăng tốc độ dòng dung dịch từ 5 đến 15 m³/h giúp duy trì hiệu suất loại bỏ trên 90% nhờ cung cấp đủ dung dịch hấp thụ.

4. Độ bão hòa dung dịch Ba(OH)2 theo thời gian: Dung dịch hấp thụ duy trì hiệu quả cao trong khoảng 48 giờ, sau đó hiệu suất giảm dần do bão hòa các sản phẩm kết tủa. Việc thay thế hoặc tái sinh dung dịch định kỳ là cần thiết để đảm bảo hiệu quả liên tục.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên phù hợp với các nghiên cứu trong ngành về xử lý khí sinh học bằng dung dịch kiềm và thiết bị ly tâm. Việc tăng nồng độ dung dịch và tốc độ quay thiết bị làm tăng khả năng hấp thụ khí nhờ tăng cường phản ứng hóa học và diện tích tiếp xúc. Tuy nhiên, tốc độ dòng khí quá cao làm giảm thời gian tiếp xúc, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất. Độ bão hòa dung dịch là yếu tố giới hạn, đòi hỏi quản lý vận hành hợp lý.

Biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ dung dịch, tốc độ quay và hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 sẽ minh họa rõ ràng sự cải thiện hiệu quả khi điều chỉnh các thông số vận hành. Bảng số liệu chi tiết về các thông số thí nghiệm cung cấp cơ sở để tối ưu hóa quy trình.

Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng khí sinh học làm nhiên liệu phát điện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tăng tuổi thọ thiết bị vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa nồng độ dung dịch Ba(OH)2: Khuyến nghị sử dụng dung dịch với nồng độ khoảng 1,5-2% để đạt hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 cao nhất, đồng thời cân đối chi phí vận hành. Thời gian thay dung dịch không quá 48 giờ để tránh giảm hiệu quả do bão hòa.

2. Điều chỉnh tốc độ quay thiết bị HGRPB: Vận hành thiết bị ở tốc độ quay từ 1200 đến 1500 vòng/phút nhằm tăng diện tích tiếp xúc khí-dung dịch, nâng cao hiệu suất xử lý khí sinh học.

3. Kiểm soát tốc độ dòng khí và dòng dung dịch: Duy trì tốc độ dòng khí trong khoảng 10-20 m³/h và tốc độ dòng dung dịch 10-15 m³/h để đảm bảo thời gian tiếp xúc đủ và lượng dung dịch hấp thụ phù hợp.

4. Xây dựng quy trình vận hành và bảo trì định kỳ: Thiết lập lịch trình thay thế hoặc tái sinh dung dịch hấp thụ, kiểm tra và bảo dưỡng thiết bị HGRPB nhằm duy trì hiệu suất ổn định và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

5. Mở rộng ứng dụng quy mô công nghiệp: Áp dụng công nghệ làm sạch khí sinh học bằng dung dịch Ba(OH)2 và thiết bị HGRPB tại các nhà máy xử lý bùn thải và sản xuất điện quy mô lớn, góp phần phát triển năng lượng sạch bền vững.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật môi trường: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về xử lý khí sinh học, giúp phát triển các đề tài liên quan đến năng lượng tái tạo và xử lý khí thải.

2. Chuyên gia và kỹ sư vận hành nhà máy xử lý nước thải, bùn thải: Áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình làm sạch khí sinh học, nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì thiết bị.

3. Doanh nghiệp sản xuất điện từ khí sinh học: Tối ưu hóa chất lượng khí đầu vào, giảm thiểu sự cố thiết bị, tăng công suất phát điện và tuổi thọ động cơ.

4. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách năng lượng: Tham khảo để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật, chính sách khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần làm sạch khí sinh học trước khi sử dụng?
   Khí sinh học chứa các tạp chất như H2S, CO2, NH3 và siloxan gây ăn mòn thiết bị, giảm hiệu suất động cơ và phát thải khí độc hại. Làm sạch khí giúp nâng cao chất lượng khí, bảo vệ thiết bị và môi trường.

2. Dung dịch Ba(OH)2 có ưu điểm gì trong xử lý khí sinh học?
   Ba(OH)2 có khả năng hấp thụ hiệu quả H2S và CO2, phản ứng nhanh, chi phí hợp lý và dễ tái sinh, phù hợp với thiết bị ly tâm tốc độ cao để tăng hiệu suất xử lý.

3. Thiết bị HGRPB hoạt động như thế nào?
   HGRPB sử dụng lực ly tâm để tạo màng dung dịch mỏng trên bề mặt quay, tăng diện tích tiếp xúc giữa khí và dung dịch hấp thụ, từ đó nâng cao hiệu quả loại bỏ các khí ô nhiễm.

4. Thời gian thay dung dịch hấp thụ là bao lâu?
   Dung dịch Ba(OH)2 duy trì hiệu quả cao trong khoảng 48 giờ, sau đó cần thay hoặc tái sinh để tránh giảm hiệu suất do bão hòa các sản phẩm kết tủa.

5. Có thể áp dụng công nghệ này ở quy mô lớn không?
   Nghiên cứu đã thực hiện trên quy mô 80 m³/ngày và cho kết quả khả quan, có thể mở rộng ứng dụng cho các nhà máy xử lý bùn thải và phát điện công nghiệp với quy mô lớn hơn.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả cao của dung dịch Ba(OH)2 kết hợp thiết bị quay ly tâm tốc độ cao trong làm sạch khí sinh học, đặc biệt là loại bỏ H2S và CO2.
• Các thông số vận hành như nồng độ dung dịch, tốc độ quay, tốc độ dòng khí và dòng dung dịch ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất xử lý.
• Dung dịch hấp thụ cần được thay thế hoặc tái sinh định kỳ để duy trì hiệu quả liên tục.
• Công nghệ này góp phần nâng cao chất lượng khí sinh học, tăng hiệu suất phát điện và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
• Đề xuất tiếp tục nghiên cứu mở rộng quy mô và ứng dụng thực tế tại các nhà máy xử lý bùn thải và sản xuất điện từ khí sinh học.

Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư vận hành và doanh nghiệp trong lĩnh vực năng lượng tái tạo và kỹ thuật môi trường. Để biết thêm chi tiết và ứng dụng công nghệ, độc giả có thể liên hệ với Viện Công nghệ Môi trường hoặc Nhà máy bia Sài Gòn – Đắk Lắk để trao đổi và hợp tác nghiên cứu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC. SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC .1 Loại bỏ H2S và NH3 bằng phương pháp hóa lý .2 Các phương pháp loại bỏ Siloxan .3 Loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học.4 Một số phương pháp phổ biến làm sạch khí sinh học trên thế giới .5 Công nghệ làm sạch khí sinh học tại Việt Nam.

CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SINH HỌC BẰNG THIẾT BỊ LY TÂM TRỌNG LỰC TỐC ĐỘ CAO. HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. Quy trình thí nghiệm.

Các nội dung nghiên cứu. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2.

Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp thực nghiệm.

Phương pháp lấy mẫu và phân tích. Phương pháp kế thừa. Phương pháp chuyên gia. Phương pháp tính toán.

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .1 MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BÙN YẾM KHÍ TẠI NHÀ MÁY. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH HẤP THỤ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2. Error! Bookmark not defined. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ QUAY CỦA THIẾT BỊ HGRPB ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

85 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 90 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT EDTA Etylenediaminetetraacetic axetic HEDTA Axithydrôxy-ethylethylenediaminetriacetic HGRPB Thiết bị quay ly tâm tốc độ cao (High Gravity Rotating Packed Bed) QG/QL Tỉ lệ giữa lưu lượng khí vào và lưu lượng dung dịch hấp thụ rpm Vòng/phút (revolutions per minute) COD Nhu cầu oxy hóa học SCOD Nhu cầu oxy hóa học hòa tan STOC Tổng cacbon hữu cơ hòa tan TC Cacbon tổng số TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TOC Tổng cacbon hữu cơ TS Tổng chất rắn TXLNT Trạm xử lý nước thải VS Chất rắn bay hơi XLNT Xử lý nước thải v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thành phần và tính chất của khí sinh học. Một số phương pháp làm sạch CO2 từ hỗn hợp biogas .Một số phương pháp làm sạch H2S từ hỗn hợp biogas.

Giá trị đặc trưng của bùn hữu cơ sử dụng trong nghiên cứu. Error! Bookmark not defined. Chất lượng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2.

Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2. Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian.

Các bước thực hiện các thí nghiệm làm sạch khí. Các thông số và phương pháp phân tích thành phần biogas. 66 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Quá trình phân hủy kị khí.

Sơ đồ quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ. Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược. Loại bỏ H2S bằng phương pháp lọc sinh học. Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược.

Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược. Hiệu suất loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học. Sơ đồ ứng dụng của khí sinh học. Error! Bookmark not defined.

Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu Error! Bookmark not defined. Nguyên lý của thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu. Error! Bookmark not defined. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy.

Sơ đồ mô hình xử lý bùn yếm khí tại nhà máy. Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB thực tế tại pilot. Bố trí thí nghiệm nghiên cứu. Túi chứa biogas thô (bên phải) và túi chứa biogas tinh (bên trái) 576 Hình 2.

Bồn chứa và máy khuấy trộn hóa chất. Động cơ quay ly tâm biến tần. Lưu lượng kế đo khí. Lưu lượng kế đo hóa chất.

Đo nhanh chất lượng khí biogas tại hiện trường. Lấy mẫu khí biogas vào túi chứa. Đo pH dung dịch hấp thụ tại hiện trường. Các hạng mục trong dây chuyền công nghệ của đề tài.

Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2. Ảnh hưởng tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2. Ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịchđến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2.

Độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian. Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng và môi trường là vấn đề có tác động, ảnh hưởng không nhỏ đến tất cả các lĩnh vực, bao gồm: kinh tế, chính trị, văn hóa, an ninh, xã hội … của tất cả các quốc gia trên thế giới. Đặc biệt, trong tình hình nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở thành hiểm họa đối với loài người thì vấn đề nêu trên càng trở thành mối quan tâm hàng đầu của cả thế giới. Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu chính, song hành cùngquá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước.

Song song với việc hoàn thiện các hệ thống sử dụng để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường thì các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái sinh và nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng này là việc rất cần thiết. Trong các nguồn nhiên liệu thay thế, khí sinh học (Biogas) là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn và đang được khuyến khích phát triển tại Việt Nam. Việc sản xuất biogas bằng phương pháp phân hủy kị khí từ các chất thải hữu cơ là giải pháp mang lại lợi ích nhiều mặt, vừa tận thu được nguyên liệu phục vụ tái sản xuất, giảm thể tích chất thải cần chôn lấp, đồng thời khí biogas thu được dùng làm nhiên liệu, chạy máy phát điện. Thành phần chủ yếu của biogas là khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2), ngoài ra còn có các tạp chất khác như khí hydro sulfua (H2S), hơi nước (H2O), khí amoniac (NH3),.

Chất lượng khí biogas phụ thuộc vào hàm lượng CH4 trong hỗn hợp biogas và độ tinh khiết của hỗn hợp khí. Nếu khí biogas được lọc sạch các tạp chất, chúng sẽ nhận được nhiên liệu có tính chất tương tự như khí thiên nhiên (biomethane). Việc chuyển đổi biogas thành biomethane nói chung bao gồm hai bước chính: quá trình làm sạch để loại bỏ các thành phần ô nhiễm như: H2S, H2O, NH3, … quá trình nâng cấp để tăng giá trị nhiệt đáp ứng cho phát điện. Sử dụng biogas làm nhiên liệu cho phép giải quyết đồng thời vấn đề ô nhiễm khi sản xuất biogas và thay thế nhiên liệu truyền thống.

2 Tại Việt Nam, trong 10 năm trở lại đây đã có nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế về thu khí biogas bằng quá trình phân hủy kị khí nước thải, phân gia súc, gia cầm, dùng để đun nấu và chạy máy phát điện ở quy mô hộ gia đình và trang trại.Tuy nhiên, các đầu công suất phát điện đều ở mức thấp, thiết bị tách lọc khí chưa đạt hiệu quả cao, dẫn đến các thiết bị hay gặp sự cố và bị ăn mòn, nhanh hỏng, từ đó ảnh hưởng đến công suất phát điện. Việc kết hợp với đối tác Đài Loan trong việc xử lý bùn thải bằng phương pháp lên men kị khí, sinh khí biogas với hiệu suất cao, xây dựng quy trình lọc khí biogas triệt để, tạo ra nguồn khí biogas chất lượng để chạy máy phát điện với công suất lớn không chỉ mang ý nghĩa kinh tế - môi trường - xã hội mà còn tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực khoa học công nghệ nước nhà, tạo ra một sự phát triển bền vững, thân thiện môi trường trong bối cảnh ô nhiễm toàn cầu đang ở mức báo động và biến đổi khí hậu đã, đang và sẽ mang lại những hậu quả khôn lường cho người dân. Trên cơ sở đó, trong phạm vi luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2” nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình làm sạch thành phần các khí CO2 và H2S trong hỗn hợp khí biogas bằng kỹ thuật quay ly tâm tốc độ cao sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2. Thông qua kết quả nghiên cứu, sẽ lựa chọn được bộ các thông số tối ưu trong vận hành để đảm bảo hiệu quả làm sạch khí cao nhất.

Mục tiêu nghiên cứu a. Mục tiêu chung: Làm sạch khí sinh học giúp cải thiện chất lượng khí sinh học phát sinh, tận thu và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ phát điện phục vụ hoạt động sản xuất. - Góp phần giảm thiểu khối lượng sử dụng các nhiên liệu hóa thạch dùng làm chất đốt trong nhà máy hiện nay. - Tận dụng chất thải để chuyển hóa thành năng lượng sạch phục vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất và cải thiện chất lượng môi trường.

Mục tiêu cụ thể: 3 Nghiên cứu, lựa chọn các yếu tố thích hợp cho quá trình làm sạch biogas bằng phương pháp sử dụng thiết bị làm sạch là máy ly tâm tâm tốc độ cao HGRPB với dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 nhằm nâng cao hiệu suất phát điện và phục vụ định hướng ứng dựng trên quy mô phát điện công nghiệp tại đơn vị.