BÀI GIẢNG SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC (BIOGAS).pdf

1. 1
SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
(BIOGAS)
(BIOGAS)
Nhóm_Moitruong
Nhóm_Moitruong
Bài giảng
Bài giảng

2. 2
DANH SÁCH
NHÓM_MOITRUONG
NGÔ THÚY AN
VÕ ĐAN THANH
DƯƠNG MAI LINH
PHAN PHƯỚC TOÀN
NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG
BÙI THỊ MAI PHỤNG (nhóm trưởng)

3. 3
SỰ RA ĐỜI CỦA KHÍ SINH HỌC
BIOGAS
Gây thiệt hại kinh tế:
– Nước nghèo
– Và nước sử dụng năng
lượng ngoại nhập
Tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế
Khủng hoảng năng lượng
(những năm 70 của thế kỉ XX)

4. 4
GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SINH
HỌC BIOGAS
 Biogas, một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm
khí các chất hữu cơ
 Là một nguồn năng lượng để thay thế
 Biogas được sử dụng:
 Nấu nướng,
 Thắp sáng,
 Sưởi ấm,
 Phát điện...

5. 5
GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SINH
HỌC BIOGAS
Nguyên liệu cho quá trình sản xuất biogas:
 Phân người,
 Phân gia súc,
 Bùn cống rãnh, bùn thải công nghiệp,
 Phế phẩm nông nghiệp,
 Rác thải

6. 6
GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SINH
HỌC BIOGAS
Thành phần của biogas như sau:
 Methane (CH4): 55 – 65%
 Carbon dioxide (CO2): 35 – 45%
 Nitrogen (N2): 0 – 3%
 Hydrogen (H2): 0 – 1%
 Hydrogen sulfide (H2S): 0 – 1%

7. 7
GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SINH
HỌC BIOGAS
Nhiệt trị:
 CH4: gần 9.000 kcal/m3.
 Biogas: khoảng 4.500 – 6.000 kcal/m3
(phụ thuộc vào % CH4/biogas)

8. 8
Mục đích, lợi ích và giới hạn của
công nghệ sản xuất khí sinh học
Các mục đích và lợi ích của công nghệ khí sinh học:
• Tạo nên nguồn năng lượng tại chỗ
• Cố định các chất thải
• Biến đổi các chất hữu cơ phức tạp thành các chất vô cơ
thích hợp cho cây trồng hấp thu
• Vô hiệu hóa các mầm bệnh

9. 9
Mục đích, lợi ích và giới hạn của
công nghệ sản xuất khí sinh học
Hạn chế của ứng dụng công nghệ sinh học:
• Vốn đầu tư cao
• Việc vận hành và bảo quản tương đối phức tạp
• Việc vô hiệu hóa các mầm bệnh trong điều kiện yếm
khí thường đạt hiệu quả không cao.

10. 10
Ưu, khuyết điểm của công nghệ khí
sinh học
Ưu điểm
 Sản xuất ra CH4 và chất thải
để sử dụng
 Tiêu diệt phần lớn các hạt cỏ
dại và các mầm bệnh
 Xử lý phân người và gia súc
 Bảo vệ được các nguồn năng
lượng hiếm của địa phương
(củi, dầu…).
Nhược điểm
 Có khả năng cháy nổ
 Vốn đầu tư cao
 Đòi hỏi vận hành và bảo quản
tốt
 Tạo thể tích chất thải lớn hơn
ban đầu
 Nước thải của hầm ủ vẫn còn
khả năng gây ô nhiễm nguồn
nước

11. 11
Ưu, khuyết điểm của công nghệ khí
sinh học
Ưu điểm
 Chất thải
Không có mùi hôi
Không còn hấp dẫn chuột
và ruồi
Làm phân bón và cải tạo
đất
Nhược điểm
 Vài hóa chất trong chất thải
có thể làm cản trở quá trình
phân hủy
 Lọc CO2 và H2S để dùng
chạy động cơ đốt trong.

12. 12
So sánh kỹ thuật ủ phân compost và
kỹ thuật lên men yếm khí biogas
Điều kiện hoạt động Ủ phân compost Công nghệ biogas
Nguyên liệu ủ
(để đạt C/N và ẩm độ
thích hợp)
Phân người/phân gia
súc + thực vật
Phân người/phân gia
súc + nước + thực vật
Nhiệt độ 50 – 700
C Môi trường
Thời gian vận hành cho
1 mẻ
6 – 8 tuần (kể luôn giai
đoạn thành thục và
khoáng hóa)
4 – 8 tuần

13. 13
So sánh kỹ thuật ủ phân compost và
kỹ thuật lên men yếm khí biogas
Điều kiện hoạt động Ủ phân compost Công nghệ biogas
Diện tích cần thiết Lớn - Lớn đối với các loại
hầm xây nổi,
- Thấp đối với các loại
hầm xây chìm
Cách vận hành Từ đơn giản đến phức
tạp
Phức tạp

14. 14
So sánh chất lượng sản phẩm chất
thải ủ phân compost và chất thải
hầm ủ biogas
Sản phẩm Phân ủ compost Chất thải hầm ủ
Trọng lượng riêng Giảm xuống do nước
bị bốc hơi
Tăng lên do việc sản
sinh thêm sinh khối
Hàm lượng nước 40 – 50% 88 - 92%
Khả năng tiêu diệt
mầm bệnh
Cao Trung bình
Hàm lượng mùn hữu
cơ
Nhiều Ít hơn phân ủ compost

15. 15
Sản phẩm Phân ủ compost Chất thải hầm ủ
Vận chuyển Dễ dàng (vì ở dạng
rắn)
Cần phải làm khô
Yêu cầu xử lý tiếp Không cần Cần phải làm khô
Dự trữ Dễ dàng, ít mất đạm Khó hơn, có khả năng
mất đạm
So sánh chất lượng sản phẩm chất
thải ủ phân compost và chất thải
hầm ủ biogas

16. 16
Cách sử dụng chất thải hữu cơ trước đây
Hình 4.1: Tác động của quá trình lên men yếm khí đến việc sử dụng
chất thải hữu cơ (trước đây)
Phân gia súc
Sử dụng trực tiếp
làm phân bón
Sử dụng làm
chất đốt
Nhiệt
Các chế phẩm
từ cây trồng
Bùn vùi vào đất để trả
lại chất dinh dưỡng
cho đất và cải tạo đất

17. 17
Cách sử dụng chất thải hữu cơ khi có công nghệ biogas
Hình 4.2: Tác động của quá trình lên men yếm khí đến việc sử dụng
chất thải hữu cơ (khi có công nghệ biogas)
Phân gia súc,
phân người
Đạm và các chất
dinh dưỡng khác
Hầm ủ
biogas
Chất
thải của
hầm ủ
Nhiên
liệu
Chạy động cơ
Nhiệt và thắp
sáng
Phát điện
Chế phẩm từ cây
trồng, chất thải sinh
hoạt
Cải tạo đất

18. 18
Các phản ứng sinh hóa của quá trình
lên men yếm khí
 Rất phức tạp
 Người ta thường đơn giản hóa theo phương trình sau:
Lên men yếm khí

19. 19
Hình 4.3: Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí
(Mc. Carty, 1981)
Phân hủy và
lên men
Tạo axit
axetic và H2
Sinh CH4
24%
52%
76%
20%
Chất hữu cơ
cao phân tử
Chất
hữu cơ
2
H
Axit axetic
4
CH
4%
28 %
72%
Phân hủy và
lên men
Tạo axit
axetic và H2
Sinh CH4
Phân hủy và
lên men
Tạo axit
axetic và H2

20. 20
Hình 4.4: Quá trình sinh học của sự phân hủy CHC trong điều kiện yếm khí
(Brown và Taga,1985 trích bởi Chongrak, 1989)
Quá trình khử hydro của nhóm
aceton
H2, CO2
Acetat Acetogenic
bacteria
Vi khuẩn tạo axit
Sinh Methane từ
phản ứng khử
CH4+CO2
CH4 +CO2
Khử gốc Carboxyl
của Acetat
Nhóm VK sử dụng H2
VK Acetolastic
Thủy phân và lên men
Chất thải hữu cơ
Carbohydrates, proteins, fats
Axit hữu cơ, rượu và các hợp chất
trung tính khác
Hydro hóa nhóm aceton

21. 21
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Nhiệt độ
 pH và độ kiềm
 Độ mặn
 Chất dinh dưỡng
 Khối lượng nguyên liệu nạp
 Các chất khoáng trong nguyên liệu nạp
 Khuấy trộn

22. 22
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của nhiệt độ
 Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày
và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ sinh khí.
 Biên độ nhiệt được chú ý đến trong quá trình sản
xuất biogas:
 25 – 400C: thích hợp cho các VSV ưa ấm
 50 – 650C: thích hợp cho các VSV ưa nhiệt

23. 23
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của nhiệt độ
Hình 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
(Price and Cheremisinoff, 1981 được trích dẫn bởi Chongrak, 1989)

24. 24
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của nhiệt độ
 Ở các nước vùng ôn đới:
 Nhiệt độ môi trường thấp  tốc độ sinh khí chậm
 Khi nhiệt độ dưới 100C, thể tích khí sản xuất được
giảm mạnh.
 Để cải thiện tốc độ sinh khí:
 Dùng biogas để đun nóng nguyên liệu nạp,
hoặc đun nước nóng để trao đổi nhiệt qua ống
hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ.

25. 25
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của nhiệt độ
 Ngoài ra, còn dùng các tấm nhựa trong để bao
hầm ủ lại
 hoặc là thiết kế cho phần trên hầm ủ chứa nước
và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức
xạ mặt trời
 hoặc tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng
cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm ủ.

26. 26
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của pH
 Điều chỉnh pH trong hầm ủ = 6,6 - 7,6.
 pH tối ưu = 7 - 7,2
 Ở pH = 5,5: vi khuẩn tạo axit có thể sống,
nhưng vi khuẩn tạo methane bị ức chế.
 pH của hầm ủ < 6,6: do nguyên liệu ủ có nhiều
axit béo hoặc do các độc tố trong nguyên liệu
nạp làm ức chế vi khuẩn sinh methane.

27. 27
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của pH
 Để nâng pH:
 Ngưng nạp nguyên liệu vào hầm ủ để vi khuẩn sinh
methane sử dụng hết axit thừa
 Có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.

28. 28
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá
trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của độ kiềm
 Nên giữ độ kiềm của hầm ủ: 2.500 – 5.000
mg/L để tạo khả năng đệm tốt cho nguyên liệu
nạp.

29. 29
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của độ mặn
 Vi khuẩn sinh methane có khả năng dần dần thích nghi
với nồng độ của muối ăn NaCl trong nước.
 Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không giảm
đáng kể.
 Như vậy, việc phát triển hầm ủ biogas tại các vùng
nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê
Hoàng Việt, 1998).

30. 30
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng
 Nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt C/N = 25/1 - 30/1
 Vi khuẩn sử dụng carbon nhiều hơn sử dụng đạm từ 25
– 30 lần.
 P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh
khí.
 Tuy nhiên, C/N được coi là nhân tố quyết định.
 Phân người có C/N thấp hơn C/N tối ưu do đó nên phối
trộn với rơm rạ, lục bình, rác vườn.

31. 31
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp
 Biểu thị bằng 2 nhân tố:
 Hàm lượng CHC: COD/m3*ngày hay VS/m3*ngày
 Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ: HRT
 Lượng COD nạp cao  tích tụ các axit béo  giảm
pH của hầm ủ  gây bất lợi cho các vi khuẩn methane.
 Lượng COD nạp thấp  lượng khí sinh ra rất thấp 
không đem lại hiệu quả kinh tế.

32. 32
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp
 Lượng CHC nạp tối ưu
 Hầm ủ không có giá bám: 1 – 4 kgVS/m3*ngày hay
1 – 6 kgCOD/m3*ngày;
 Hầm ủ có giá bám: 1 – 15 kgVS/m3*ngày hay 5 - 30
kgCOD/m3*ngày.
 Thời gian tồn lưu (HRT) của hỗn hợp nạp tối ưu
 Hầm ủ không có giá bám: 10 – 60 ngày

33. 33
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp
 Lượng CHC nạp tối ưu
 Hầm ủ không có giá bám: 1 – 4 kgVS/m3*ngày hay 1 –
6 kgCOD/m3*ngày;
 Hầm ủ có giá bám: 1 – 15 kgVS/m3*ngày hay 5 - 30
kgCOD/m3*ngày.
 Thời gian tồn lưu (HRT) của hỗn hợp nạp tối ưu
 Hầm ủ không có giá bám: 10 – 60 ngày
 Hầm ủ có giá bám:

34. 34
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp
 Thời gian tồn lưu (HRT) của hỗn hợp nạp tối ưu
 Hầm ủ không có giá bám: 10 – 60 ngày
 Hầm ủ có giá bám:
 Cột lọc yếm khí: 1 – 10 ngày
 Hầm ủ UASB: 0,5 – 6 ngày

35. 35
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp
 Thời gian tồn lưu HRT phụ thuộc vào loại nguyên liệu
nạp và điều kiện môi trường của hầm ủ.
Thể tích hầm ủ
Thể tích nguyên liệu nạp
HRT =
Tải bản FULL (64 trang): https://bit.ly/3K4zcJT
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

36. 36
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến
quá trình lên men yếm khí
 Ảnh hưởng của các chất khoáng trong nguyên liệu
nạp
 Có tác động tích cực đến quá trình sinh khí methane, ví dụ:
ở nồng độ Ni thấp làm tăng quá trình sinh khí.
 Có tác động tiêu cực đến quá trình sinh khí methane
 Hiện tượng cộng hưởng: tăng độc tính của một nguyên tố
do sự có mặt một nguyên tố khác.
 Hiện tượng đối kháng: giảm độc tính của một nguyên tố do
sự có mặt của một nguyên tố khác
Tải bản FULL (64 trang): https://bit.ly/3K4zcJT
Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net

37. 37
Bảng 4.3 Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối
với quá trình lên men yếm khí
Cations gây độc Cations cộng hưởng Cations đối kháng
Ammonium – N Ca, Mg, K Na
Ca Ammonium – N, Mg K, Na
Mg Ammonium – N, Ca K, Na
K K, Na
Na Ammonium – N, Ca, Mg K
(Nguồn EPA, 1979 được trích dẫn bởi Chongrak, 1989)
4360165