đề tài CÔNG NGHỆ BIOGAS Mô hình xử lý chất thải bằng công nghệ bio ga

Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ
CÔNG NGHỆ BIOGAS
CÔNG NGHỆ BIOGAS
Mô hình xử lý chất thải
Mô hình xử lý chất thải


Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

NỘI DUNG
NỘI DUNG
I.
I.
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS
II.
II.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ
BIOGAS
BIOGAS
III.
III.
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS
IV.
IV.
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOGAS

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BIOGAS
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

I.
I.


KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ BIOGAS
1. Biogas là gì?
1. Biogas là gì?
-
Biogas: là công nghệ sản xuất khí sinh học, là
Biogas: là công nghệ sản xuất khí sinh học, là
quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống
quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống
rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng
rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng
trong hộ gia đình hay trong sản xuất.
trong hộ gia đình hay trong sản xuất.
-
Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy
Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy
kỵ khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình
kỵ khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình
lên men
lên men
mêtan
mêtan
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

2. Nguồn nguyên liệu :
2. Nguồn nguyên liệu :
-
Các loại bùn từ ao tù, đầm lầy,
Các loại bùn từ ao tù, đầm lầy,
-
Phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm
Phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm
nghiệp, và các hoạt động sống , sản xuất và chế
nghiệp, và các hoạt động sống , sản xuất và chế
biến nông lâm sản.
biến nông lâm sản.
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

-
Vi sinh vật thường sử dụng nguồn hữu cơ
Vi sinh vật thường sử dụng nguồn hữu cơ
cacbon nhanh hơn sử dụng ni tơ khoảng 30 lần.
cacbon nhanh hơn sử dụng ni tơ khoảng 30 lần.
Do vậy nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 30/1 sẽ thích
Do vậy nguyên liệu có tỷ lệ C/N là 30/1 sẽ thích
hợp nhất cho lên men kỵ khí.
hợp nhất cho lên men kỵ khí.
-
Phân động vật và các chất thải rắn như rơm rạ
Phân động vật và các chất thải rắn như rơm rạ
rất thích hợp cho lên men kỵ khí.
rất thích hợp cho lên men kỵ khí.
-

Trong thực tế người ta thường cố gắng đảm bảo
Trong thực tế người ta thường cố gắng đảm bảo
tỷ lệ trên trong khoảng 20-40.
tỷ lệ trên trong khoảng 20-40.
Phân gia súc
Phân gia súc
có tỷ
có tỷ
lệ C/N nằm trong giới hạn này nên được xem là
lệ C/N nằm trong giới hạn này nên được xem là
nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất biogas.
nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất biogas.
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Khả năng cho phân và thành phần hoá
Khả năng cho phân và thành phần hoá
học của phân gia súc,gia cầm :
học của phân gia súc,gia cầm :
20-25
20-25
20-25

7-15
0,10
0,20
0,47

1,20
0,38
0,70

0,83
0,31
1,20
7,98
9,33
7,02
10,2
16,8
38,5
41,7
28,4
6,78
31,3
0,038
0,038
0,028

0,028
Bò sữa
Bò thịt
Lợn
Trâu
Gia cầm
Tỷ lệ
C/N
PhotphoNitơ
Chất
tan dễ
tiêu
Trọng

lượng
tươi (kg)
Thể
tích :
(m
3
)
Thành phần hoá học
( % khối lượng phân tươi )
Khả năng cho
phân của 500kg
v.nuôi/ngày
Vật
nuôi
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng
Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng
và thành phần của khí thu được :
và thành phần của khí thu được :
10
9
30
20
21
57
69
60
68

1,11
0,56
0,31
1,02
0,38
Phân bò
Phân gia cầm
Phân gà
Phân lợn
Phân người
Thời gian
lên men
(ngày)
Hàm
lượng CH
4

(%)
Sản
lượng khí
m
3
/kg
phân khô
Nguyên liệu
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ
II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA CÔNG NGHỆ
BIOGAS

BIOGAS
Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men
Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men
phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra
phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ sinh ra
một hỗn hợp khí có thể cháy được : H
một hỗn hợp khí có thể cháy được : H
2
2
, H
, H
2
2
S,
S,
NH
NH
3
3
,
,
CH
CH
4
4
, C
, C
2
2
H

H
2
2
,… trong đó
,… trong đó
CH
CH
4
4
là sản phẩm
là sản phẩm
khí chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên
khí chủ yếu (nên còn gọi là quá trình lên
men tạo Metan )
men tạo Metan )
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Quá trình lên men mêtan:
Quá trình lên men mêtan:
Có 3 giai đoạn:
Có 3 giai đoạn:

Giai đoạn 1
Giai đoạn 1
: Biến đổi chất hữu cơ phức
: Biến đổi chất hữu cơ phức
tạp thành chất hữu cơ đơn giản
tạp thành chất hữu cơ đơn giản

Giai đoạn 2

Giai đoạn 2
: Hình thành acid
: Hình thành acid

Giai đoạn 3
Giai đoạn 3
: Hình thành khí mêtan
: Hình thành khí mêtan
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Sơ đồ 3 giai đoạn quá trình lên men metan:
Sơ đồ 3 giai đoạn quá trình lên men metan:
Giai đoạn 1
Giai đoạn 1
Chất hữu cơ,
carbohydrates,
chất béo, protein.
H2 ,CO2
Acid acetic
Acid propionic,
Acid butyric, Các
rượu khác và các
thành phần khác
Khối Vi khuẩn
Giai đoạn 2
Giai đoạn 2
Khối Vi
khuẩn
H2 , CO2
Acid acetic

Giai
Giai
đoạn 3
đoạn 3
Khối Vi
khuẩn
CH4,
CO2
Tác dụng của vi khuẩn
lên men và thủy phân
Vi khuẩn
acetogenic
Vi khuẩn sinh
khí Metan
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Giai đoạn 1 :
Chất hữu cơ phức tạp:
Chất hữu cơ phức tạp:
(PROTEIN, A.AMIN, LIPID)
Chất hữu cơ đơn giản
Chất hữu cơ đơn giản
(ALBUMOZ PEPIT,GLYXERIN, A.BÉO)
Vi khuẩn
Closdium bipiclobacterium,
Bacillus gram âm không sinh
bào tử, staphy loccus.
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Giai đoạn 2

Giai đoạn 2
:
:
hình thành acid (pha acid)
hình thành acid (pha acid)


Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi
Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi
khuẩn tổng hợp acetat), các hydrates carbon
khuẩn tổng hợp acetat), các hydrates carbon


acid có phân tử lượng thấp (C
acid có phân tử lượng thấp (C
2
2
H
H
5
5
COOH,
COOH,
C
C
3
3
H
H
7

7
COOH, CH
COOH, CH
3
3
COOH …) và pH môi trường
COOH …) và pH môi trường
ở dưới 5 nên gây thối.
ở dưới 5 nên gây thối.


Các vi khuẩn tham gia trong pha này :
Các vi khuẩn tham gia trong pha này :
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

A.acetic, A.lactic
A.acetic, A.lactic
A.acetic, A.lactic
A.acetic, A.sucinic
A.formic, A. acetic
A.lactic, Etanol, CO
2
A.formic, A.acetic
A.lactic, A.sucinic, Etanol
A.formic, A.acetic, A.lactic,
A.sucinic, Etanol
A.formic,
A.acetic,A.sucinic
Bacillus cereus
Bacillus knolkampi

Bacillus megaterium
Bacterodies succigenes
Clostridium carnefectium
Clostridium cellobinharus
Clostridium dissolves
Clostridium thermocellaseum
Pseudomonas
Ruminococcus sp.
Sản phẩm (acid) tạo được
Vi khuẩn
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Hình ảnh của vi khuẩn Bacillus cereus
Hình ảnh của vi khuẩn Bacillus cereus
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Giai đoạn 3
Giai đoạn 3
:
:


hình thành khí Metan
hình thành khí Metan
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để
phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp
phân huỷ ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp
khí : CH
khí : CH

4
4
, CO
, CO
2
2
, H
, H
2
2
S, N
S, N
2
2
, H
, H
2
2
, và muối
, và muối
khoáng (pH của môi trường chuyển sang
khoáng (pH của môi trường chuyển sang
kiềm).
kiềm).
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

CO
2
, H
2

, rượu bậc I và rượu bậc
II
A.Propionic
H
2
,CO
2
, A.formic
A.acetic
Acid(butyric,valeric,
capropionic)
CO
2
, H
2
, A.acetic, Metanol
H
2
, A.formic
H
2
, A.formic
Acid( acetic, butyric )
Acid( acetic, butyric )
Methanobacterium omelianskii
Methanopropionicum
Methanoformicum
Methanosochngenii
Methanosuboxydans
Methanosarcina barkerli

Methanococcusvanirielli
Methanorumin anticum
Methanococcusmazei
Methanosarcinamethanica
Sản phẩm cơ chấtVi khuẩn
Các vi khuẩn tham gia :
Các vi khuẩn tham gia :
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Các phản ứng hoá học :
Các phản ứng hoá học :

Cao p.tử
Cao p.tử


CO
CO
2
2
+
+
H
H
2
2
+ CH
+ CH
3
3

COO
COO
-
-




+ C
+ C
2
2
H
H
5
5
COOH +
COOH +
C
C
3
3
H
H
8
8
COOH
COOH

CH

CH
3
3
COO
COO
-
-
+ H
+ H
2
2
O
O




CH
CH
4
4
+HCO
+HCO
3
3
-
-
+ Q
+ Q


4H
4H
2
2
+ HCO
+ HCO
3
3
-
-
+H
+H
2
2
O
O




CH
CH
4
4
+ H
+ H
2
2
O + Q
O + Q

Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

-136
-130
-30
+80
-53
4H
2
+ H
+
+ HCO
3
-
 CH
4
+ 3H
2
O
Từ A. formic
4HCOOH  CH
4
+ 3HCO
3
-
+ 3H
+
HCOOH  H
2
+ CO

2
Từ A. acetic
CH
3
COO
-
+H
2
O  CH
4
+3HCO
3
-
Từ A.propionic
C
2
H
5
COO
-
+2H
2
O  CH
3
COO
-
+3H
2

+ CO

2
C
2
H
5
COO
-
+ 2H
2
O  7/4 CH
3
COO
-
+
5/4 H
2
O +3/2 H
2
O
Năng luợng
Phương trình
Các phản ứng sinh hoá xảy ra chủ yếu
trong quá trình lên men yếm khí :
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

-314
+2
-96
+84
-118

Từ Metanol
4CH
3
OH + H
2
O  CH
3
COO
-
+ 3H
+
+ H
2
O
Từ Etanol
C
2
H
5
OH +H
2
O  CHCOO
-
+ 5H
2
+ CO
2
+ H
+
C

2
H
5
OH + H
2
O  3/2CH
4
+1/2CO
2
+H
2
O
Từ Propanol
C
3
H
7
OH +3H
2
O  CH
3
COO
-
+5H
2
+CO
2
+ H
+
C

3
H
7
OH +3H
2
O  9/4CH
4
+ 3/4CO
2
+ 5/2H
2
O
Năng
lượng
Phương trình
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Đều kiện kỵ khí
Đều kiện kỵ khí
: không có O
: không có O
2
2
trong dịch lên men.
trong dịch lên men.

Nhiệt độ:

qui mô nhỏ thực hiện ở 30-35
qui mô nhỏ thực hiện ở 30-35
0
0
C, qui mô lớn có
C, qui mô lớn có
cơ khí hóa và tự đông hóa thực hiện ở 50-55
cơ khí hóa và tự đông hóa thực hiện ở 50-55
0
0
C
C

Độ pH:
Độ pH:
6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vsv giảm sinh trưởng và
6,5 – 7,5 (nếu <6,4: vsv giảm sinh trưởng và
phát triển)
phát triển)

Tỷ lệ Cacbon/Nitơ:
Tỷ lệ Cacbon/Nitơ:
30/1 là tỷ lệ tốt nhất
30/1 là tỷ lệ tốt nhất

Tỷ lệ pha loảng:
Tỷ lệ pha loảng:
Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 -> 7/1.
Tỷ lệ nước/phân dao động từ 1/1 -> 7/1.
(Tỷ lệ pha loảng đối với phân bò: 1/1, phân lợn: 2/1 đang

(Tỷ lệ pha loảng đối với phân bò: 1/1, phân lợn: 2/1 đang
được phổ biến nhất)
được phổ biến nhất)

Sự có mặt của không khí và độc tố:
Sự có mặt của không khí và độc tố:
tuyệt đối không có
tuyệt đối không có
oxy. Các ion NH
oxy. Các ion NH
4
4
, Ca, K, Zn, SO
, Ca, K, Zn, SO
4
4
ở nồng độ cao có ảnh
ở nồng độ cao có ảnh
hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh
hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh
metan.
metan.
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men

Đặc tính của nguyên liệu
Đặc tính của nguyên liệu


Tốc độ bổ sung nguyên liệu:
Tốc độ bổ sung nguyên liệu:
bổ sung càng đều
bổ sung càng đều
thì sản lượng khí thu được cao
thì sản lượng khí thu được cao

Khuấy đảo môi trường lên men:
Khuấy đảo môi trường lên men:
tăng cường sự
tăng cường sự
tiếp xúc cơ chất.
tiếp xúc cơ chất.

Thời gian lên men:
Thời gian lên men:
30 – 60 ngày
30 – 60 ngày
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

III. QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIOGAS



Quy trình sản xuất Biogas tuân theo 3 giai
Quy trình sản xuất Biogas tuân theo 3 giai
đoạn chính:
đoạn chính:
-

Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu:
Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu:
chọn lọc và xử lý
chọn lọc và xử lý
nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sau: giàu xenluloza,
nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sau: giàu xenluloza,
ít lignin, NH
ít lignin, NH
4
4
ban đầu khoảng 2000mg/1, tỷ lệ C/N từ
ban đầu khoảng 2000mg/1, tỷ lệ C/N từ
20-30, hòa tan trong nước (hàm lược chất khô 9-9,4%
20-30, hòa tan trong nước (hàm lược chất khô 9-9,4%
với chất tan dễ tiêu khoảng 7%)
với chất tan dễ tiêu khoảng 7%)
-


Giai đoạn lên men:
Giai đoạn lên men:
lên men theo mẻ, bán liên tục
lên men theo mẻ, bán liên tục
hoặc liên tục.
hoặc liên tục.
-


Giai đoạn sau lên men:

Giai đoạn sau lên men:
thu và làm sạch khí
thu và làm sạch khí
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Nguyên liệu
(phân, rác, …)
Phối chế (nguyên
liệu, nước)
Lò phản ứng kỵ
khí sinh mê tan
Thu khí
Mùn (chế biến
phân bón)
Bổ sung giống VSV
Sử dụng
Đem sử dụng hoặc
xử lý hiếu khí tiếp
Bùn thải
Tái sử dụng
Nước
ra
Sơ đồ nguyên lý công nghệ lên men
Nước ra
Xử lý
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Cấu tạo hầm biogas:
-
Ngăn nạp liệu

-
Ngăn tiêu hóa
-
Buồng thu khí
-
Ngăn tháo cặn bùn đã lên men
-
Hệ thu khí gồm: van, đường ống, các
thiết bị đo lường
Lê Văn Quang Phòng GD&ĐT Cam Ranh

Gây men chất hữu cơ theo mẻ :
Gây men chất hữu cơ theo mẻ :


Bã đã lên menPhản ứng
Nắp di
động
Cửa khí ra
Nắp lấy phân
Cửa ra