Quản lý môi trường: Sản xuất than sinh học từ lõi ngô

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH RÁC THẢI NÔNG NGHIỆP Theo tổng hợp của Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh, ước tính mỗi năm, các địa phương trên địa bàn phát sinh khoảng 15-20 triệu tấn phế

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG - -

GVHD: THS.Trương Nguyễn Như Quỳnh

Nhóm 5

TIỂU LUẬN

Chủ đề:

SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ LÕI NGÔ

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH RÁC THẢI NÔNG NGHIỆP 3

CHƯƠNG 2: LÝ DO SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ LÕI NGÔ 4

2.1 Giới thiệu về cây ngô: 4

2.2 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam: 4

2.3 Nguyên liệu 5

2.4 Ứng dụng của lõi ngô 6

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ LÕI NGÔ 6

3.1 Tổng quan về than sinh học 6

3.2 Quy trình công nghệ 8

3.3 Thuyết minh quy trình: 10

3.4 Công nghệ: 10

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ KHÍ THẢI 11

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 13

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH RÁC THẢI NÔNG NGHIỆP

Theo tổng hợp của Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh, ước tính mỗi năm, các địa phương trên địa bàn phát sinh khoảng 15-20 triệu tấn phế phẩm nông nghiệp từ rơm, rạ, thân cây, lá cây sau thu hoạch của các loại cây trồng, khoảng 10-15 triệu tấn chất thải trong chăn nuôi Ngoài ra, bình quân 1 ha sản xuất lúa mỗi vụ thải ra môi trường khoảng 1 đến 1,5 kg bao bì, chai lọ đựng thuốc bảo vệ thực vật; 1 ha trồng cây hoa, rau mỗi vụ thải ra 3 đến 5 kg rác thải từ phân bón và thuốc bảo vệ thực vật

Hiện nay, lượng phế phẩm từ các hoạt động sản xuất trồng trọt, chăn nuôi ít được người dân tận dụng để làm các loại thức ăn chăn nuôi hay sử dụng để làm phân bón hữu cơ Lượng rác thải rắn ngày càng gia tăng về số lượng và chủng loại đang gây nguy cơ ô nhiễm môi trường

Theo đánh giá của Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật tỉnh, mặc dù đã thực hiện các giải pháp để thu gom, phân loại và xử lý rác thải nông nghiệp, song việc xử lý vẫn còn nhiều hạn chế, hiệu quả xử lý chưa cao Hiện, nhiều người dân vẫn chưa chấp hành quy định về

xử lý rác thải, nhất là rác thải rắn trong hoạt động sản xuất nông nghiệp Bởi vậy, rác trong quá trình sản xuất vẫn bị vứt vương vãi trên nhiều cánh đồng, bờ ruộng Nguyên nhân là

do nguồn lực hạn chế, trang thiết bị được sử dụng để thu gom lạc hậu, trong khi rác thải trong hoạt động sản xuất nông nghiệp phát sinh ngày càng nhiều, đa dạng về chủng loại

Cơ chế, chính sách định hướng cho việc thu gom, xử lý rác thải, chất thải chưa được thực hiện đồng bộ

Các bộ, ngành Trung ương và UBND tỉnh cần có chính sách đầu tư, phát triển phân bón hữu cơ, tận dụng nguyên liệu dư thừa từ sản xuất nông nghiệp Có chính sách đầu tư xây dựng bãi tập kết, khu vực lưu chứa bao gói thuốc bảo vệ thực vật, phân bón Hình thành các mô hình HTX trong công tác bảo vệ môi trường Bên cạnh đó, các đơn vị, địa phương

cần tiếp tục tuyên truyền nâng cao ý thức của người dân trong việc bảo vệ môi trường khi lượng rác thải ngày càng tăng, đa dạng về chủng loại Đồng thời, đẩy mạnh nghiên cứu, ứng dụng và chuyển giao các giải pháp công nghệ trong xử lý ô nhiễm môi trường Tăng cường đầu tư, hỗ trợ các tổ chức, cá nhân đổi mới trang thiết bị, máy móc, công nghệ trong việc xử lý chất thải rắn

CHƯƠNG 2: LÝ DO SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ LÕI NGÔ

2.1 Giới thiệu về cây ngô:

Ngô là cây lương thực quan trọng trên toàn thế giới

bên cạnh lúa mì và lúa gạo Ở các nước thuộc Trung

Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm

lương thực chính cho người với phương thức rất đa

dạng theo vùng địa lý và tập quán từng nơi

Ngô là nguồn thức ăn cho chăn nuôi quan trọng nhất

hiện nay: 70% chất tinh bột trong thức ăn chăn nuôi được sản xuất từ lõi ngô Ngô còn

là nguyên liệu cho ngành công nghiệp lương thực, thực phẩm và công nghiệp nhẹ để sản xuất rượu cồn, tinh bột, dầu, glucozo, bánh kẹo…

2.2 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam:

❖ Trên thế giới:

Trên thế giới ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nước, sản lượng đứng thứ 2 và cao nhất trong các cây ngũ cốc

Năm 1961 diện tích ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lượng

205 triệu tấn Đến năm 2009 diện tích trồng ngô trên thế giới đạt khoảng 159,5 triệu

ha, năng suất bình quân 51,3 tạ/ha, sản lượng 817,1 triệu tấn Trong đó Mỹ, Trung Quốc, Brazil là những nước đứng đầu về diện tích và sản lượng

❖ Việt Nam

Ở Việt Nam, ngô là cây lượng thực quan trọng thứ 2 sau lúa nước và là cây hoa màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác Cây ngô không chỉ cung cấp lương thực cho con người, vật nuôi mà còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn

Sản xuất ngô qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất và sản lượng Năm

2001 tổng diện tích trồng ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 tăng lên đến 1 triệu ha Năm 2010 diện tích trồng ngô cả nước đạt 1126,9 nghìn ha, năng suất 40,9 tạ/ha, sản lượng trên 4,6 triệu tấn

Hình 2.1: Lõi ngô Chính vì lượng sản xuất ngô lớn như vậy cho nên lượng lõi ngô sau khi đã tuốt hạt là rất lớn Hằng năm, có khoảng 1 triệu tấn lõi ngô được thải ra từ quá trình chế biến từ quá trình chế biến nông sản Lõi ngô sau khi loại ra một phần làm chất đốt, một phần nhỏ làm bột sản xuất nấm, còn phần lớn là thải ra môi trường gây ô nhiễm, mất mĩ quan sinh thái Đây là một nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất than sinh học

2.3 Nguyên liệu

❖ Cấu trúc của lõi ngô

Hình 2.2: Cấu trúc lõi ngô

Lõi ngô về mặt hình thái được bao bọc bởi một lớp trấu ngô (chaff), phần lõi (pith) ở trong vùng trung tâm xốp mềm và vòng gỗ (woody ring) cứng được hình thành ở giữa

❖ Thành phần hóa học:

Bảng 2.1: Thành phần hóa học của lõi ngô

Thành phần chủ yếu của lõi ngô là cellulose, hemicellulose và lignin Trong đó cellulose và hemicellulose chiếm trên 80% do đó rất khó bị vi sinh vật phân hủy

2.4 Ứng dụng của lõi ngô

✓ Phơi khô để làm trà Trà lõi ngô vừa thơm vừa mát tốt cho sức khỏe

✓ Lõi ngô dùng tẩy vết bẩn: Mang lõi ngô đi chà rửa bồn rửa bát, những nơi cáu bẩn, các vết bẩn bám lâu ở các kẽ hở sẽ bong ra tức thì

✓ Lõi ngô còn được nghiền nhỏ dùng làm nguyên liệu trồng nấm hay thức ăn cho vật nuôi

✓ Có thể lên men lõi ngô để thu được etanol hoặc axit lactic

✓ Người ta còn phối trộn lõi ngô với bê tông để trở thành bê tông lõi ngô có đặc tính rất nhẹ

✓ Chế tạo than hoạt tính - than sinh học với đặc điểm không khói, cháy lâu, bắt lửa nhanh vừa là nhiên liệu thân thiện với môi trường, vừa là giải pháp hạn chế các phế phẩm trong ngành công nghiệp thực phẩm thải ra môi trường

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT THAN SINH HỌC TỪ LÕI NGÔ

3.1 Tổng quan về than sinh học

❖ Giới thiệu:

Than sinh học (biochar) là loại than được hình thành khi nhiệt phân các chất hữu cơ ở nhiệt độ khoảng 400 – 600oC trong điều kiện yếm khí Thuật ngữ biochar trở nên thông dụng trong ngành nông nghiệp để chỉ loại than được tạo ra từ các loại chất thải hữu cơ trong sản xuất nông lâm nghiệp như trấu, rơm rạ, thân cà lá cây, vỏ hạt cà phê, đậu đỗ, cùi bắp, mùn cưa, phoi bào, gỗ vụn…

Thành phần hóa học của lõi ngô Thành phần Hàm lượng chất khô (%, w/w)

Hemicellulose 46.00

Hình 3.1: Than sinh học từ lõi ngô

❖ Tính chất:

Than sinh học là chất không độc (kể cả khi ăn phải nó)

Trong quá trình chế tạo than sinh học, chất thải ra cũng dễ tiêu hủy bằng phương pháp đốt Nếu như các chất được lọc là kim loại nặng thì việc thu hồi lại từ tro đốt cũng rất

dễ

Than sinh học được sử dụng để hấp phụ các hơi chất hữu cơ, chất độc, xử lý nước sinh hoạt và nước thải, làm sạch môi trường, khử mùi, ngăn các tác nhân gây ảnh hưởng

đến sức khỏe con người, chống ô nhiễm môi trường sống

❖ Ứng dụng:

Y tế (Carbo medicinalis – than dược): để tẩy trùng và các độc tố sau khi bị ngộ độc thức ăn,…

Trong kỹ thuật, than sinh học là một thành phần lọc khí (trong đầu lọc thuốc lá, miếng hoạt tính trong khẩu trang), tấm khử mùi trong tủ lạnh và máy điều hòa nhiệt độ…

Hình 3.2: Ứng dụng của than sinh học

Xử lý nước (lọc nước trong gia đình): để tẩy các chất bẩn vi lượng

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghiệp hóa dầu, sản xuất dược phẩm, khai khoáng, nông nghiệp, bảo quản, hàng không vũ trụ, lĩnh vực quân sự,… Đều cần phải sử dụng than sinh học với khối lượng rất lớn

3.2 Quy trình công nghệ

Đóng gói

Nhập kho

Lõi ngô

Nghiền

Làm lạnh Than hóa

Sàng

Ép thanh Sấy khô

thủy tinh

Khí thải

Than sinh học

3.3 Thuyết minh quy trình:

Nguyên liệu được đưa sang hệ thống sàng tuyển để loại bỏ các tạp chất như đá cục, mảnh thủy tinh… Sau đó, được đem đi nghiền và sàng lại để thu được nguyên liệu bột (mùn) Nguyên liệu đã sàng tuyển được sấy khô đến độ ẩm đạt yêu cầu công nghệ tạo khuôn than Và mùn được đưa vào máy ép trụ để hình thành những thanh than dài 45

cm, đường kính 5.0 đến 5.5 cm, có hình vuông hoặc hình lục giác

Những thanh than này được đưa vào lò than hoá thành than sinh học Đây là công đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất than sạch không khói, mang tính chất quyết định 80% trong toàn bộ quy trình

Môi trường nung diễn ra trong điều kiện thiếu không khí, nhiệt cao từ 400 – 600 độ C

và diễn ra trong 3 giai đoạn:

• Giai đoạn 1: Nhiệt độ cao sẽ làm bay hơi nước có trong nguyên liệu, giúp nguyên liệu khô đều Nếu sơ chế nguyên liệu bằng cách phơi khô hoặc sấy khô trước thì quá trình than hóa sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn và tăng hiệu quả của mẻ than thành phẩm

• Giai đoạn 2: Sau khi nước đã bay hơi hết ra khỏi nguyên liệu, các hợp chất hữu cơ hấp thu nhiệt lớn, diễn ra phản ứng phân hủy, biến đổi công thức và bắt đầu giải phóng khí

• Giai đoạn 3: giai đoạn carbon hóa Nguyên liệu được đưa về dạng carbon, các chất hữu cơ nhẹ bay hơi ra khỏi vật chất rắn, tạo thành những lỗ hổng (lỗ xốp) trong nguyên liệu, trở thành than sinh học

Sản phẩm than sạch không khói sau khi ra lò được làm nguội trước khi tiến hành đóng gói và vận chuyển đến nhà kho bảo quản có độ ẩm và môi trường thích hợp, an toàn

và dễ vận chuyển trong khâu phân phối và tiêu thụ sản phẩm

3.4 Công nghệ:

✓ Mô hình hợp lý là xây dựng nhà máy sản xuất có công suất 1.000 - 1.200 tấn/năm

✓ Thiết bị dùng cho nhà máy công suất này bao gồm:

o Máy nghiền: Dùng để nghiền những thanh gỗ, bìa bắp… có đường kính ≥10 cm thành mùn cưa

o Sàng rung: Để loại bỏ tạp chất và các vật cứng trước khi sấy và ép thanh

o Máy sấy: Dùng để sấy mùn cưa sau khi nghiền và sàng tuyển

o Máy ép thanh: Dùng để ép thành những thanh củi gỗ dài 45 - 50 cm, đường kính 5.0 đến 5.5 cm

o Lò than hoá: Dùng phương pháp đốt yếm khí các thanh củi trên thành than

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ KHÍ THẢI

Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí cũng như đảm bảo chất lượng môi trường sống của người dân được trong sạch thì việc xử lý khí thải nhà máy than là việc làm hết sức cần thiết hiện nay Khí thải nhà máy than có lưu lượng lớn, nồng độ bụi cao, và chứa nhiều chất ô nhiễm dạng khí như SO2, NO2,… có tác hại nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường

SO2 được xử lý bằng phương pháp hấp thụ bằng dung dịch Ca(OH)2 vì nó rẻ tiền, dễ kiếm Chất thải thứ cấp được đưa về dạng thạch cao, không gây ô nhiễm cho môi trường và có thể tách ra đem đi chôn lấp dễ dàng

Ca(OH)2 + SO2 => H2O + CaSO3

Ca(OH)2 ngoài tác dụng hấp thụ khí SO2 còn có tác dụng làm nguội dòng khí thải nhằm đáp ứng tiêu chuẩn về nhiệt độ của dòng khí thải đầu ra ống khói

Hình 4.1: Tháp hấp thụ trong xử lý khí thải Đối với xử lý khí NO2, hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác có chọn lọc với chất khử là NH3 và chất xúc tác là V2O5, nhiệt độ làm việc khoảng từ 300 – 450oC Đây là phương pháp có hiệu xuất xử lý cao, nhiệt độ làm việc thấp hơn nhiều so với các phương pháp khử khác Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác V2O5 tạo thành Nitơ và nước với các phản ứng khử sau:

6NO + 4NH3 > 6H2O + 5 N2

4NO + 4NH3 + O2 > 6H2O + 4N2

6NO2 + 8NH3 > 12H2O + 7N2

2NO2 + 4NH3 + O2 > 6H2O + 3N2

Để xử lý bụi, có thể lựa chọn kết hợp giữa buồng lắng và xyclone Không khí cùng với bụi sẽ đi vào thiết bị theo phương tiếp tuyến với ống trụ và chuyển động xoáy tròn đi xuống phía dưới Khi dòng khí và bụi chuyển động theo quỹ đạo tròn (dòng xoáy) thì các hạt bụi có trọng lượng lớn hơn các phân tử khí sẽ chịu tác dụng của lực ty tâm văng ra xa trục và va vào thành Khi bụi chạm thành, nó sẽ bị mất quán tính và rơi xuống ngăn chứa bụi phía dưới Còn với hạt bụi nhẹ thì nó sẽ đọng lại làm thành lớp rồi cuối cùng khi đủ nặng nó cũng bị rơi xuống đáy

Hình 4.2: Thiết bị lọc bụi bằng cyclone

❖ Quy trình xử lý khí thải

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

Trong những năm gần đây, ngành nông nghiệp của nước ta phát triển khá mạnh mẽ về số lượng và chất lượng Đặc biệt, quá trình chế biến nông sản đã thải ra hàng triệu tấn lõi ngô mỗi năm Người dân chỉ sử dụng một lượng nhỏ lõi ngô, còn lại chủ yếu thải ra môi trường, gây ô nhiễm nguồn nước, Vì nguồn nguyên liệu dồi dào mà bị lãng phí nên việc tận dụng làm than sinh học có thể mang lại được nhiều lợi ích cho môi trường, không những thế giúp người nông dân có thể tăng thêm thu nhập từ phế phấm này

Than sinh học không chỉ là một nhiên liệu đốt thông thường mà còn mang lại lợi ích trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi Than sinh học ngày càng được quan tâm bởi những lo ngại về biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính do khí thải CO2 từ các nhà máy công nghiệp Không những thế than sinh học tiếp tục được chú ý vì có cơ hội khôi phục đất bạc màu, cải thiện năng suất cây trồng