Thu hồi khí Biogas để tái sử dụng trong thực tế ở Việt Nam đã triển khai từ những năm cuối thế kỷ 20, việc sử dụng khí Biogas để chạy động cơ đốt trong đã được nghiên cứu rất nhiều gần đây. Nghiên cứu tập trung vào phân tích áp dụng phát điện từ khí Biogas cho trạm xử lý nước thải và đánh giá hiệu quả kinh tế thu được từ quá trình tái tạo năng lượng này.
Trang 1Lê Thị Vân Anh (1) , Nguyễn Phương Duy*, Nguyễn Trung Hiếu*,
Bùi Đức Hiếu*, Nguyễn Đức Quân*
*Khoa Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường Đô thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Người hướng dẫn: NCS Nguyễn Minh Ngọc
GIẢI PHÁP SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐIỆN BIOGAS ĐỂ TẠO NGUỒN ĐIỆN NĂNG TỪ KHÍ BIOGAS THU HỒI Ở TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI: NGHIÊN CỨU THÍ ĐIỂM TẠI TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM CÔNG TY CPV FOOD, CÔNG SUẤT
TÓM TẮT
Thu hồi khí Biogas để tái sử dụng trong thực
tế ở Việt Nam đã triển khai từ những năm
cuối thế kỷ 20, việc sử dụng khí Biogas để
chạy động cơ đốt trong đã được nghiên cứu
rất nhiều gần đây Các thiết bị động cơ chạy
khí Biogas đã được thương mại hóa và áp
dụng rộng rãi cho hộ cá nhân, nhà máy, xí
nghiệp …
1 MỞ ĐẦU
Việc thu hồi và sử dụng khí Biogas đã
được áp dụng tại Việt Nam từ thập niên 90
của thế kỷ 20, việc thu hồi và sử dụng khí
Biogas được áp dụng cho các hộ cá thể,
công ty, nhà máy… nhưng mục tiêu phần
lớn là sử dụng làm nguyên liệu đốt, điều
này phù hợp với hộ cá thể hoặc nhà máy
chăn nuôi, còn các đơn vị khác thì chưa có
sự phù hợp đáng kể
Với các nghiên cứu gần đây về động cơ khí gas như Bùi Văn Ga và cộng sự (2012), H.T Công và N.Q Khánh (2015), N.Đ Hùng và cộng sự (2015),
đã nghiên cứu ứng dụng khí gas và khí Biogas
để nghiên cứu về động cơ phát điện bằng khí gas, điều này cho thấy tiềm năng ứng dụng tái tạo năng lượng tại các trạm xử lý nước thải thực phẩm có nồng độ nhiễm cao và trong dây chuyền xử lý có sử dụng thiết bị UASB
Việc áp dụng động cơ phát điện chạy khí Biogas cho các trạm xử lý nước thải có sử dụng thiết bị UASB hiện nay chưa được triển khai và đánh giá hiệu quả kinh tế Nghiên cứu tập trung vào phân tích áp dụng phát điện từ khí Biogas cho trạm xử lý nước thải
và đánh giá hiệu quả kinh tế thu được từ quá trình tái tạo năng lượng này
Từ khóa: Biogas, UASB, phát điện, CH4, trạm xử lý nước thải.
Trang 2Từ thiết bị UASB trong dây chuyền xử lý
nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, ta thu
được nguồn khí Biogas có chứa hàm lượng
CH4 từ 50% đến 70%, nguồn khí này thay
vì sử dụng để đun nấu (sử dụng hạn chế ở
trạm xử lý nước thải hoặc bán với giá thành
rất thấp) được tích lũy và dùng cho động cơ
phát điện, nguồn điện năng được sử dụng
cho các nhu cầu ngay tại trạm xử lý
2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mô hình nghiên cứu
Dựa trên dây chuyền xử lý nước thải Công
ty CPV Food, công suất 8.000m3/ngày đêm,
tỉnh Bình Phước, nhóm nghiên cứu đưa
vào ứng dụng động cơ phát điện bằng khí
Biogas từ lượng khí Biogas thu được ở bể
UASB để phục vụ một số nhu cầu cho trạm
xử lý (hình 1)
Bảng 1 Hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải
Bảng 2 Tính toán sơ bộ lượng khí Biogas tạo ra
từ trạm xử lý 8000 m3/ngày
Hình 1 Sơ đồ bố trí hệ thống công trình nghiên cứu
Hệ thống
Thu gom và lưu
trữ khí Biogas
Hệ thống Thiết bị đièu chỉnh
và phân phối điện
UASB Hệ thốngMáy phát điện
Phụ tải điện
2.2 Phân tích kỹ thuật
Nghiên cứu cơ bản của IPCC (20006) cho
thấy lượng tạo khí Biogas được tính theo
tỷ lệ 0,6 kg CH4/kg BOD hoặc 0,25kg CH4/
kg COD
Với lưu lượng nước thải 8.000m3/ngày đêm, tải lượng CH4 dự báo tạo ra theo phân tích
của IPCC (2006), tương ứng (bảng 2):
Hiện nay có 2 loại động cơ chuyển đổi khi áp dụng khí Biogas để phát điện là động cơ xăng và động cơ diesel Trong đó chuyển đổi động cơ xăng sang động cơ sử dụng Biogas thuận lợi và đơn giản hơn so với chuyển đổi bằng động cơ Diesel, với nghiên cứu của N.K Tùng và cộng sự (2019)
về chuyển đổi động cơ xăng sang sử dụng Biogas, cho thấy với tỷ lệ khí CH4 là 64% trong khí Biogas thì hiệu suất phát điện động cơ còn 55% so với sử dụng nhiên liệu xăng
Mô hình nghiên cứu dự kiến sử dụng động
cơ chạy khí Biogas được cải tạo từ động cơ xăng
Nước thải nhà máy chế biến công nghiệp thực phẩm có tải lượng chất thải gây ô
nhiễm (bảng 1):
Trang 33 KẾT LUẬN
Thu hồi và sử dụng khí Biogas ở các trạm
xử lý nước thải có thiết bị UASB cho mục
đích phát điện sẽ hiệu quả khả quan và
đảm bảo nguồn năng lượng tái tạo liên
tục, đồng thời giảm chi phí sử dụng cho
các trạm xử lý nước thải
Lượng điện năng tạo ra nguồn khí Biogas
ở trạm xử lý nước thải cần được nghiên
cứu thực nghiệm cho rõ ràng hơn, vì phụ
thuộc vào loại máy phát điện, lượng khí
thực tế và hiệu suất phát điện
Thời gian hoàn vốn đầu tư công trình cần
được xem xét một đầy đủ, để đánh giá sự
hữu ích của đề xuất nghiên cứu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1] Nguyễn Khắc Tùng, Nguyễn Đức Khánh, Trịnh Xuân Phong, Nguyễn Trung Kiên (B), Đặng Huy Cường, Bùi Văn Chinh Nghiên cứu sử dụng nhiên liệu khí sinh học trên cụm máy phát điện cỡ nhỏ dùng trong hộ gia đình Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2019 [2] Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Hữu Hường, Đoàn Thanh Vũ, Vũ Việt Thắng Ứng dụng biogas chạy máy phát điện cỡ nhỏ tại nông thôn Việt Nam Tạp chí phát triển KH&CN, tập 12, số 14, pp: 5-11, 2009 [3] Bùi Văn Ga và cộng sự Hệ thống cung cấp Biogas cho động cơ máy phát điện 2HP Tạp chí KH&CN Đại học Đà Nẵng, số 3 (20), 2007.
[4] Huỳnh Thanh Công, Nguyễn Quốc Khánh Hiện trạng & xu hướng nghiên cứu động cơ đốt trong
sử dụng biogas Tạp chí phát triển KH&CN, tập 18,
số K7- 2015, 2015
[5] IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories Volume 5 - Waste Chapter 6 - wastewater treatment and discharge https:// www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol5 html, 2006
2.3 Đánh giá giá trị của nghiên cứu đề xuất
Khi sử dụng khí Biogas để phát điện bằng
động cơ cải tạo từ động cơ xăng, các trạm
xử lý nước thải sẽ tiêu thụ được nguồn khí
Biogas tạo ra trong quá trình xử lý nước thải
từ thiết bị UASB
Hiệu quả của quá trình sẽ được tính thông
qua lượng điện năng tạo ra phục vụ cho
nhu cầu thắp sáng, sự giảm chi phí cho
trạm xử lý nước thải
Hiệu quả kinh tế của dự án được đánh giá lợi ích dư dựa trên mức độ so sánh giữa sử dụng trực tiếp khí Biogas và hiệu quả từ phát điện bằng khí Biogas mang lại, quá trình sẽ bao gồm lợi ích tạo ra điện năng
từ khí Biogas trừ đi giá trị sử dụng trực tiếp khí Biogas, nhân công vận hành, bảo dưỡng thiết bị, sau đó lấy giá trị đầu tư (xây dựng công trình, máy phát điện, thiết bị điện phụ trợ khác) chia cho giá trị lợi ích dư đã phân tích để tính thời gian hoàn vốn công trình
Trang 4CÁC KÝ HIỆU
UASB: Bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn
kỵ khí (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
CH4: Khí mê tan [kg]
BOD5: Nhu cầu oxy sinh hóa (lượng oxy cần thiết để oxy
hóa sinh học các chất hữu cơ trong 5 ngày đầu trong
nhiệt độ 20ºC) [mg/l]
COD: Nhu cầu oxy hoá học (lượng oxy cần thiết để oxy
hoá hoàn toàn carbon hữu cơ thành CO2 và nước) [mg/l]
TÁC GIẢ Ý TƯỞNG
Lê Thị Vân Anh, sinh viên năm thứ 3,
chuyên ngành Kỹ thuật môi trường đô thị,
Khoa Kỹ thuật hạ tầng và môi trường Đô
thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email: Levananh15112000@gmail.com
Bùi Đức Hiếu, sinh viên năm thứ 4, chuyên
ngành Kỹ thuật cấp thoát nước, Khoa Kỹ
thuật hạ tầng và môi trường Đô thị, Trường
Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email: buiduchieu2622@gmail.com
Nguyễn Trung Hiếu, sinh viên năm thứ
3, chuyên ngành Kỹ thuật cấp thoát nước,
Khoa Kỹ thuật hạ tầng và môi trường Đô
thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email: trunghieu.nguyen.hau@gmail.com
Nguyễn Phương Duy, sinh viên năm thứ
3, chuyên ngành Kỹ thuật cấp thoát nước,
Khoa Kỹ thuật hạ tầng và môi trường Đô
thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Email:2k49duy@gmail.com
Nguyễn Đức Quân, sinh viên năm thứ 2,
chuyên ngành Kỹ thuật môi trường đô thị, Khoa Kỹ thuật hạ tầng và môi trường Đô thị, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Email: Ducquan0907@gmail.com
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
NCS Nguyễn Minh Ngọc, tốt nghiệp
Trường ĐH Thủy Lợi năm 2002 với chuyên ngành thủy văn và môi trường, năm 2006 trở thành giảng viên của Khoa Kỹ thuật hạ tầng và môi trường Đô Thị, Trường ĐH Kiến trúc Hà Nội Email: ngocnm@hau.edu.vn Các lĩnh vực nghiên cứu cơ bản gồm Xây dựng công trình, thủy lực học, kỹ thuật hạ tầng đô thị, ứng dụng tin học, môi trường
và xử lý chất thải
