Bài giảng sản xuất khí sinh học Biogas

Bài giảng

SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC
(BIOGAS)
Nhóm_Moitruong

1


DANH SÁCH
NHĨM_MOITRUONG
NGƠ THÚY AN
VÕ ĐAN THANH
DƯƠNG MAI LINH
PHAN PHƯỚC TỒN
NGUYỄN THỊ THÚY HẰNG
BÙI THỊ MAI PHỤNG (nhóm trưởng)

2


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

Tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế

3


GiỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ KHÍ SINH
HỌC BIOGAS


Biogas, một sản phẩm của q 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...
4


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

5

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%

6


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)

7


Mục đích, lợi ích và giới hạn của
cơng nghệ sản xuất khí sinh học
Các mục đích và lợi ích của cơng 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 vơ cơ
thích hợp cho cây trồng hấp thu

• Vơ hiệu hóa các mầm bệnh

8


Mục đích, lợi ích và giới hạn của
cơng nghệ sản xuất khí sinh học
Hạn chế của ứng dụng cơng nghệ sinh học:

• Vốn đầu tư cao
• Việc vận hành và bảo quản tương đối phức tạp
• Việc vơ hiệu hóa các mầm bệnh trong điều kiện yếm
khí thường đạt hiệu quả không cao.

9


Ưu, khuyết điểm của cơng nghệ khí
sinh học
Ưu điểm


Sản xuất ra CH4 và chất thải
để sử dụng

Nhược điểm


Có khả năng cháy nổ



Vốn đầu tư cao



Đòi hỏi vận hành và bảo quản
tốt



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…).

Tạo thể tích chất thải lớn hơn
ban đầu



Nước thải của hầm ủ vẫn còn
khả năng gây ô nhiễm nguồn
nước
10


Ưu, khuyết điểm của cơng nghệ khí

sinh học
Ưu điểm


Chất thải

Khơng có mùi hơi
Khơng cịn hấp dẫn chuột
và ruồi

Làm

phân bón và cải tạo

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.

đất

11

So sánh kỹ thuật ủ phân compost và
kỹ thuật lên men yếm khí biogas
Điều kiện hoạt đợng

Ủ phân compost

Cơng 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

50 – 700C

Môi trường

Nhiệt độ

Thời gian vận hành cho 6 – 8 tuần (kể ln giai
1 mẻ
đoạn thành thục và
khống hóa)

4 – 8 tuần

12


So sánh kỹ thuật ủ phân compost và
kỹ thuật lên men yếm khí biogas
Điều kiện hoạt đợng
Diện tích cần thiết

Cách vận hành

Ủ phân compost

Công nghệ biogas

Lớn

- Lớn đối với các loại
hầm xây nổi,
- Thấp đối với các loại
hầm xây chìm

Từ đơn giản đến phức
tạp

Phức tạp

13

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

14


So sánh chất lượng sản phẩm chất
thải ủ phân compost và chất thải
hầm ủ biogas
Sản phẩm
Vận chuyển
Yêu cầu xử lý tiếp
Dự trữ

Phân ủ compost

Chất thải hầm ủ

Dễ dàng (vì ở dạng
rắn)

Cần phải làm khơ

Khơng cần

Cần phải làm khơ

Dễ dàng, ít mất đạm

Khó hơn, có khả năng
mất đạm

15


Cách sử dụng chất thải hữu cơ trước đây
Phân gia súc

Các chế phẩm
từ cây trồng
Sử dụng làm
chất đốt

Sử dụng trực tiếp
làm phân bón

Nhiệt

Bùn vùi vào đất để trả
lại chất dinh dưỡng
cho đất và cải tạo đất

Hình 4.1: Tác động của q trình lên men yếm khí đến việc sử dụng
chất thải hữu cơ (trước đây)
16

Cách sử dụng chất thải hữu cơ khi có cơng nghệ biogas
Chế phẩm từ cây
trồng, chất thải sinh
hoạt

Phân gia súc,
phân người

Hầm ủ
biogas
Chạy động cơ
Đạm và các chất
dinh dưỡng khác

Chất
thải của
hầm ủ

Nhiên
liệu

Nhiệt và thắp
sáng
Phát điện

Cải tạo đất
Hình 4.2: Tác động của q trình lên men yếm khí đến việc sử dụng
chất thải hữu cơ (khi có cơng nghệ biogas)

17


Các phản ứng sinh hóa của q trình
lên men yếm khí


Rất phức tạp



Người ta thường đơn giản hóa theo phương trình sau:
Lên men yếm khí

18


Tạo axit
axetic và H2

Phân hủy và
lên men

Sinh CH4

4%

H2

Chất hữu cơ
cao phân tử

76%

28 %

24%

Chất
hữu cơ

CH 4

52%

Axit axetic

72%

20%

Hình 4.3: Ba giai đoạn của q trình lên men yếm khí
(Mc. Carty, 1981)
19


Chất thải hữu cơ
Carbohydrates, proteins, fats
Thủy phân và lên men

Vi khuẩn tạo axit

Axit hữu cơ, rượu và các hợp chất
trung tính khác

Q trình khử hydro của nhóm
aceton
Acetat

Acetogenic
bacteria

H2, CO2

Hydro hóa nhóm aceton

Khử gốc Carboxyl
của Acetat
VK Acetolastic

CH4 +CO2

Sinh Methane từ
phản ứng khử
Nhóm VK sử dụng H2

CH4+CO2

Hình 4.4: Quá trình sinh học của sự phân hủy CHC trong điều kiện yếm khí
20

(Brown và Taga,1985 trích bởi Chongrak, 1989)


Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q
trình lên men yếm khí








Nhiệt đợ
pH và đợ kiềm
Đợ mặn
Chất dinh dưỡng
Khối lượng nguyên liệu nạp
Các chất khoáng trong nguyên liệu nạp
Khuấy trộn
21


Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q
trình lên men yếm khí


Ảnh hưởng của nhiệt đợ


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 q trình sản
xuất biogas:


25 – 400C: thích hợp cho các VSV ưa ấm



50 – 650C: thích hợp cho các VSV ưa nhiệt
22


Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q
trình lên men yếm khí


Ảnh hưởng của nhiệt đợ

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)

23


Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q

trình lên men yếm khí


Ảnh hưởng của nhiệt đợ


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.
24


Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q
trình lên men yếm khí


Ảnh hưởng của nhiệt đợ


Ngồi ra, cịn 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.

25