MỞ ĐẦU 2 1. Đ t vấn Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lƣợng phục vụ cho công nghiệp và cho đời sống ngày càng lớn mà các ngu n tài nguyên ngày càng cạn kiệt Vì vậy, việc nghiên cứu và phát triển các ngu n năng lƣợng mới là đề tài đƣợc quan tâm ở Việt Nam và cả thế giới Trong đó, ngu n năng lƣợng đƣợc quan tâm đến đó là Biogas nhiên liệu, nó có ƣu điểm thân thiện với môi trƣờng Biogas đƣợc hình thành từ quá trình phân hủy kỵ kh hay lên men các chất hữu cơ trong điều kiện không có không khí có khả năng tạo ra ngu n năng lƣợng khá lớn và giải quyết tốt vấn đề môi trƣờng. Hiện nay, các trang trại chăn nuôi heo bò ngày càng nhiều nên lƣợng biogas thu đƣợc từ các hầm biogass khá lớn nhƣng không sử dụng trực tiếp vô quá trình làm nhiên liệu cho công nghiệp cũng nhƣ đời sống hằng ngày. Phân huỷ kỵ khí chất thải nông nghiệp đã đƣợc thực hiện nhiều năm và cung cấp một giải pháp xử lý chất thải, cải thiện phục h i dinh dƣỡng, và là thế hệ năng lƣợng tiềm năng Ngƣời nông dân muốn kết hợp phân huỷ kỵ khí với năng lƣợng trong để đáp ứng đủ nhu cầu về năng lƣợng cho trang trại.
Biogas bao g m chủ yếu là metan (CH4) và carbon dioxide (CO2), vói lƣợng nhỏ hơi nƣớc, kh H2S, siloxanes và các tạp chất khác. Hiện nay ở các nông trại việc tận dụng khí sinh học từ các hầm Biogas là rất cần thiết phục vụ cho đời sống nông thôn.Trong khí Biogas, việc xử lý Hydro sulfua là vấn đề đƣợc quan tâm nhiều nhất vì nó là chất gây ô nhiễm độc hại và ăn mòn thiết bị nhất Ngoài ra, khi đốt H2S dẫn đến lƣợng phát thải dioxit lƣu huỳnh có tác hại đến môi trƣờng sống Do đó, loại bỏ H2S đƣợc khuyến khích ngay khi có thể để bảo vệ các thiết bị, tăng cƣờng an toàn trƣớc khi đƣa vào sử dụng. T nh ấp thi t ủ t i Thế giới công nghiệp ngày càng phát triển, việc khai thác các ngu n tài nguyên dần cạn kiệt và tình trạng ô nhiễm môi trƣờng trở nên trầm trọng Để tạo ra đƣợc những sản phẩm phục vụ cho sản xuất và tiêu dùng của con ngƣời thì các ngành công nghiệp cũng tạo ra lƣợng chất thải rất lớn gây nguy hiểm đến môi trƣờng sống. 3 Trong những năm trở lại đây, với sự biến động theo chiều hƣớng tăng dần giá dầu mỏ, kh đốt đã gây ra rất nhiều khó khăn cho các nhà sản xuất có sử dụng năng lƣợng.
Hiện nay, ngu n dầu mỏ của Việt Nam ngày càng cạn kiệt, theo đánh giá của các chuyên gia, nếu nhƣ tốc độ khai thác nhƣ hiện nay thì trong vòng khoảng 40 năm nữa, Việt Nam chúng ta phải nhập dầu thô và kh đốt K m theo đó, trữ lƣợng khí hiện nay đƣợc khai thác vẫn không đủ cung cấp cho nhu cầu trong nƣớc và cũng sẽ cạn dần trong tƣơng lai Vì vậy, việc tận dụng ngu n biogas từ các trang trại chăn nuôi sẽ giúp tiết kiệm đƣợc nhiều chi phí mang lại tính kinh tế cao và giảm đƣợc ô nhiễm môi trƣờng. Năm 2009, Dự án JICA-JST đƣợc thực hiện trong khuôn kh hợp tác của Bộ Khoa Học & Công Nghệ Nhật Bản và trƣờng Đại Học Bách Khoa thành phố H Chí Minh, dự án sẽ kéo dài từ 2009 đến 2016 nhằm nghiên cứu mô hình ứng dụng nhiên liệu sinh học với mục tiêu xây dựng, phát triển nông nghiệp bền vững, trong đó nghiên cứu biogas là một nội dung nghiên cứu của dự án này. Ch nh vì vậy, vấn đề nghiên cứu động lực quy trình xử lý H2S trong biogass trên các vật liệu sẵn có ở Việt Nam dựa trên phƣơng pháp hấp phụ thực sự là cấp bách và cần thiết. Tổng qu n t nh h nh nghi n ứu 3.
Th giới Các nƣớc phát triển mạnh trên thế giới, ngu n năng lƣợng và ngu n phân bón d i dào, cho nên việc ứng dụng kỹ thuật biogas chủ yếu là để giải quyết vấn đề môi trƣờng. Ở các nƣớc này thƣờng có dạng hầm ủ theo nhiều kiểu xây dựng khác nhau với dung tích khoảng 1 triệu đến 2 triệu m3. Chúng hàng ngày tiêu thụ hàng chục tấn phân ngƣời, phân gia súc và rác thải từ các thành phố lớn. Tiêu biểu ở tiểu bang Florida (Mỹ), Thụy sĩ, Canada, Hà Lan − Ở châu Á: Trung Quốc và Ấn Độ có số lƣợng biogas nhiều nhất (Kristoferson and Bokhalders).
4 − Trung Quốc: Sau 1975 với hình thức biogas cho mỗi hộ gia đình đã thiết lập khoảng 1,6 triệu cái mỗi năm Đến 1982, với con số lớn hơn 7 triệu cái đƣợc lắp đặt ở Trung Quốc. Tuy số lƣợng lớn đƣợc lắp đặt nhƣ thế, nhƣng con số không thành công cũng chiếm tỷ lệ không nhỏ. Chẳng hạn năm 1980 hơn 50% t ng số cái đã rơi vào tình trạng không sử dụng đƣợc (Marchain,1992). − Tại Ấn độ: sự phát triển mới với những mô hình mới đã không đƣợc hợp nhất nhanh chóng.
Chính vì thế có cuộc cải cách kết hợp với sự phản h i từ nông hộ đã giải quyết nạn ô nhiễm môi trƣờng (Kristoferson and Bokhalders - 1991). Đ ng ý với Marchain (1992), Kristoferson and Bokhalders đã đƣa ra những vấn đề nhƣ: mô hình không đúng, xây dựng sai, khó khăn về tài chính, những rắc rối trong lúc thực hiện. Nhìn chung Ấn độ rất thích hợp trong chƣơng trình biogas kết hợp nông hộ để giải quyết vấn đề môi trƣờng. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều công trình nghiên cứu xử lý khí H2S trong khí sinh học.
Các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung ở các nƣớc sản xuất và sử dụng loại nhiên liệu này nhƣ Trung Quốc, Brazin… Từ những năm 80, đã có một vài công trình nghiên cứu xử lý H2S nhƣng đa số các nghiên cứu chỉ tập trung vào việc tách H2S ra khỏi khí mà không chuyển hóa H2S thành những chất bền hơn hoặc những hợp chất có giá trị nhƣ S Nghiên cứu của Erwin H.M Dirkse về loại bỏ H2S bằng quá trình loại bỏ nhiều giai đoạn dựa vào sự hấp thụ chọn lọc đối với H2S của dung dịch Natri hydroxit. Công nghệ DMT dựa trên quá trình sản xuất kiểm soát mùi và hệ thống loại bỏ H2S trong khí Biogas, tại nƣớc Anh gọi là quá trình Sulfurex. Hệ thống đầu tiên của nƣớc Anh đƣợc vận hành vào mùa h năm 2006 tại nhà máy Mauri ở Hull, Yorkshire. Hệ thống có khả năng giảm hàm lƣợng H2S từ 20.000 ppm xuống còn 135 ppm, đạt hiệu suất 99%.
Ƣu điểm của những nghiên cứu này là sự chuyển hóa chất ô nhiễm thành những hợp chất hóa học hoặc các chất ô nhiễm nằm trong thành phần cặn rắn, vận hành dễ dàng và an toàn. Trong những năm gần đây nhiều nghiên cứu xử lý khí H2S trong biogas cho thấy phƣơng pháp hấp phụ là một trong những phƣơng pháp hiệu quả nhất và có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào việc nghiên cứu t ng hợp chất hấp phụ hiệu quả nhất. Công 5 nghệ tách H2S trong khí Biogas bằng vật liệu hấp phụ đƣợc nghiên cứu nhiều, vật liệu hấp thụ ZnO, than hoạt tính,. Nghiên cứu của Shivanahalli K Rajesh và Navadol Loasiripojana (Thái Lan) về khả năng khử H2S trong khí thiên nhiên và Biogas của than hoạt tính và ZnO tốt.
Tuy nhiên, than hoạt tính có thể loại bỏ H2S ở n ng độ vết, xúc tác oxy hóa H2S của than hoạt tính có thể biến đ i H2S thành S, không bị ảnh hƣởng bởi nhiệt độ Còn đối với vật liêu hấp thụ ZnO, làm biến đ i H2S thành ZnS, bị ảnh hƣởng nhiều bởi nhiệt độ. Các kết quả nghiên cứu khác cho thấy rằng, chất hấp phụ H2S tốt nhất đƣợc t ng hợp dựa trên cơ sở là Fe+2, Fe+3 Nhƣ nghiên cứu của M S Horikawa và đ ng nghiệp cho thấy hỗn hợp Fe/EDTA có hiệu quả cao trong việc ứng dụng để xử lý H2S trong khí sinh học. Nghiên cứu của Junfeng Zhang and Zhiquan Tong cũng cho thấy vật liệu hấp phụ xử lý H2S đƣợc t ng hợp trên cơ sở Fe+2, Fe+3 có hiệu suất hấp phụ H2S rất cao. Nhìn chung, cho đến hiện nay, hầu hết các nghiên cứu trên thế giới đều tập trung vào vật liệu trên cơ sở Fe để xử lý H2S trong khí sinh học và các nghiên cứu tiếp tục hoàn thiện quy trình thu h i đƣợc lƣu huỳnh, giảm thiểu đƣợc giá thành đầu tƣ công nghệ.
Việt Nam Việc sử dụng khí sinh vật ở việt nam đƣợc đề cập từ đầu thập niên 70 nhƣng mãi đến cuối thập niên 70 mới phát triển mạnh do thiếu hụt năng lƣợng và hƣởng ứng chƣơng trình năng lƣợng 52 C của nhà nƣớc Lúc đầu khí sinh vật tạo ra chủ yếu ởdạng các hầm ủ và những túi cao su. Những năm gần đây túi ủ bằng plastic mới phát triển do đặc điểm giá rẻ, dễ lắp đặt và phù hợp với mô hình nông trại kết hợp. Đối với Việt Nam chúng ta, cũng nhƣ các nƣớc trên thế giới, khí biogas là một trong những ngu n năng lƣợng đang đƣợc quan tâm nhiều nhất, hiện nay có nhiều dự án đang đƣợc triển khai. Tuy nhiên công nghệ xử lý kh kh biogas để đƣa loại nhiên liệu này vào sử dụng chƣa đƣợc hoàn thiện Đặc biệt là vấn đề xử lý H2S.
Túi ủ bằng nylon chỉ mới tập trung ở các tỉnh ph a nam nhƣ quanh thành phố H Chí minh, thành phố Cần Thơ Trong quá trình lắp đặt và sử dụng thì tỷ lệ thành công ở các tỉnh ph a nam đạt cao hơn ở các tỉnh miền Trung và các tỉnh miền Bắc. 6 Ngoài các yếu tố ảnh hƣởng đến sự thành công của biogas nhƣ điều kiện xã hội, sự tiếp cận thông tin khoa học kỹ thuật, thì sự duy trì bảo quản túi cũng là yếu tố quan trọng. Ở miền Nam sự thành công cao hơn ở miền Trung, miền Bắc về lắp đặt và sử dụng biogas bằng túi nylon có thể là do: Khó khăn về vốn trong chăn nuôi. Khó khăn về khí hậu, trong đó yếu tố nhiệt độ chi phối rất lớn Đó là thời điểm mùa đông nhiệt độ hạ thấp làm biogas hoạt động không tốt (Rodriguez-1996).
Cho đến hiện nay, cũng chƣa tìm thấy công bố một kết quả nghiên cứu thực sự nào về việc t ng hợp vật liệu hấp phụ dùng để xử lý khí H2S trong biogas.
