Ứng dụng công nghệ biogas trong xử lí chất thải

Chủ đề: Ứng dụng công nghệ
Biogas trong xử lí chất thải


NỘI DUNG
I. Đặt vấn đề
II. Nội dung nghiên cứu
1. Giới thiệu về Biogas
2. Cơ sở lý thuyết về Biogas
3. Quy trình sản xuất Biogas
4. Ứng dụng công nghệ Biogas
III. Kết luận


I. Đặt vấn đề
Ngày nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế,
khoa học kĩ thuật thì vấn đề năng lượng ngày càng
được chú trọng hơn.
Năng lượng xanh và sạch là yếu tố rất cần thiết
nhằm giữ ổn định kinh tế và bảo vệ môi trường.


 Sự ra đời của Biogas

Cuộc khủng hoảng năng lượng trong những năm
70 của thế kỉ XX
Gây thiệt hại về kinh tế
- Nước nghèo
-Nước sử dụng năng lượng ngoại nhập
Tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế

II. Nội dung nghiên cứu

1. Giới thiệu về Biogas
Biogas là gì?
Biogas (biological gas) là một hỗn hợp khí được sản
sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác
dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí.


Thành phần chính của Biogas bao gồm:
Methan (CH4): 65%
Cacbondioxit (CO2): 30%
H2S: 1%
Ngoài ra còn có lượng rất nhỏ của N2, H2, và CO


 Nguồn nguyên liệu
Các loại bùn từ ao, hồ, đầm lầy…
Phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm
nghiệp, các hoạt động sống, chế biến nông lâm
sản…


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

Phân gia súc được xem là nguyên liệu chủ yếu
trong công nghệ Biogas.


Khả năng cho phân và thành phần hóa học của phân
gia súc, gia cầm

Vật
nuôi

Bò sữa
Bò thịt
Lợn
Trâu
Gia cầm

Khả năng cho phân
của 500kg vật nuôi/
ngày
Thể tích
Trọng
( )
lượng
tươi
(kg)
0.038
0.038
0.028
….
0.028

38.5
41.7
28.4
6.78
31.3

Thành phần hóa học
(% khối lượng phân tươi)
Chất tan
dễ tiêu

Nito

Photpho

Tỷ lệ
C/N

7.98
9.33
7.02
10.2
16.8

0.38
0.70
0.83
0.31
1.20

0.1
0.2
0.47
…
1.3

20-25
20-25
20-25
…
7-15


Ảnh hưởng của các loại phân đến sản lượng và
thành phần khí thu được

Nguyên liệu Sản lượng khí Hàm lượng
m /kg phân
CH4
khô
(%)
Phân bò
Phân gia
cầm
Phân gà
Phân lơn
Phân người

1.11

0.56
0.31
1.02
0.38

57
69
60
68
…

Thời gian lên
men (ngày)

10
9
30
20
21


 Bản chất kị khí của Biogas
Là chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật
trong điều kiện hoàn toàn không có oxi. Quá trình
nàu được chia làm 2 giai đoạn:
• Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi
sinh vật chuyển thành các chất có trọng lượng thấp
hơn axit hữu cơ, đường glixeril…(hidrocacbon)
• Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại
vi khuẩn metan để chuyển hầu hết tất cả các

hidrocacbon thành CH4, CO2.


2. Cơ sở lí thuyết của Biogas
 Các vi sinh vật trong bể biogas
Có 2 nhóm vi khuẩn chính:
• Nhóm vi khuẩn biến dưỡng cellulose
• Nhóm vi khuẩn khí metan.


 Cơ chế của sự tạo thành khí metan
• Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các
axit hữu cơ, CO2, H2 và cá sản phẩm khoáng hóa
khác dưới tác dụng của ezim cellulose:
CxHyOz => các axit hữu cơ, CO2, H2
• Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị
phân hủy bởi các vi khuẩn metan:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

CO2 +4H2
CO + 3H2
4CO +2H2
4HCOOH
4CHOH
CH3COOH

CH4 + 2H2O
CH4 + H2O
CH4 + 3CO2
CH4 + 3CO2 +3H2O
3CH4 + 2H2O + CO2
CH4 + H2O


Dựa vào các vi khuẩn yếm khí để lên men phân
hủy kị khí các chất hữu cơ sinh ra hỗn hợp khí có thể
cháy được H2,H2S,NH3,CH4…trong đó CH4 là sản
phẩm khí chủ yếu nên còn gọi là quá trình lên men
tạo metan.
 Quá trình lên men tạo Metan gồm 3 giai đoạn:
GĐ 1: Biến đổi chất hữu cơ phức tạp thành chất hữu
cơ đơn giản
GĐ 2: Hình thành acid.
GĐ 3: Hình thành khí metan.


Sơ đồ 3 giai đoạn quá trình lên men metan
Khối vi khuẩn
Khối vi khuẩn

H2, CO2
Acid acetic
Chất hữu cơ
Carbonhidrates
Chất béo, protein

Khối vi khuẩn
CH4, CO2
Acid propionic
Acid butyric
Các rượu khác và
thành phần khác

H2, CO2
Acid acetic

Tác dụng của vi khuẩn

Vi khuẩn

lên men và thủy phân

acetogenic

Vi khuẩn
sinh khí metan


GĐ 1: Biến đổi chất hữu cơ phức tạp thành chất
hữu cơ đơn giản.
Chất hữu cơ phức tạp
(protein, axit amin, lipit)
Vi khuẩn

Closdium bipiclobacterium, bacillus

gram âm không sinh bào tử, staphy
loccus

Chất hữu cơ đơn giản
(ALBUMOZ PETIT, GLIXERIN, ACID BÉO)


GĐ 2: Hình thành axit
Nhờ vào vi khuẩn acetogenic bacteria (vi khuẩn
tổng hợp acetat) các Hidrates carbon => acid có phân
tử lượng thấp (C2H5COOH, C3H7COOH…) và pH
môi trường < 5 nên gây thối.
GĐ 3: Hình thành khí metan:
Sản phẩm của pha acid là nguyên liệu để phân hủy
ở giai đoạn này, tạo ra hỗn hợp khí : CH4, CO2, H2S,
N2, H2 và muối khoáng ( pH của môi trường chuyển
sang kiềm)


 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lên men.
 Nhiệt độ
 Độ pH
 Tỷ lệ Carbon/Nito (C/N)
 Tỷ lệ pha loãng
 Đặc tính nguyên liệu
 Tốc độ bổ sung nguyên liệu
 Có mặt không khí và độc tố


 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.



3. Quy trình sản xuất Biogas
 Quy trình sản xuất biogas tuân theo 3 giai đoạn:

- Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu: Chọn lọc và xử lí
nguyên liệu phù hợp với yêu cầu sau: Giàu xenluloza,
ít lignin, NH4 ban đầu khoảng 2000mg/l, tỉ lệ C/N từ
20-30, hòa tan trong nước (hàm lượng chất khô 99.4% với chất tan dễ tiêu khoảng 7%)
- Giai đoạn lên men: Lên men theo mẻ, bán liên tục
hoặc liên tục.

- Giai đoạn sau lên men: Thu và làm sạch khí


Sơ đồ nguyên lý công nghệ lên men
Tái sử dụng
Nguyên liệu
(phân, rác)

Phôi chế (nguyên
liệu, nước)

Lò phản ứng kị khí
sinh metan

Bổ sung nhóm VSV

Bùn thải

Sử dụng

Thu khí
Nước ra
Xử lý

Đem sử dụng hoặc xử lí
hiếu khí tiếp

Mùn (chế biến
phân bón)


Gây men chất hữu cơ theo mẻ
Nắp di động

Cửa khí ra

Nắp lấy phân
Bã đã lên men
Phản ứng

Cửa ra

Gây men chất hữu cơ bán liên tục hoặc liên tục

• Hầm sinh khí kiểu vòm cố định.
• Hầm sinh khí có nắp đậy di dộng
• Hầm sinh khí kiểu túi.


Hầm sinh khí kiểu vòm cố định.


Hầm sinh khí có nắp đậy di dộng