BÁO CÁO CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HYDRO TỪ BÙN ÉP VỚI BỂ UASB

Và cho tới giờ thì các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện một công nghệ tốt nhất để sản xuất hydro với giá rẻ hơn nữa  SẢN XUẤT KHÍ HYDRO...  GIỚI THIỆU BỂ UASB UA

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HYDRO TỪ

 PHẦN I:GIỚI THIỆU VỀ HYDRO

Hydrogen (Trước đây còn được gọi là khinh khí) Ở điều kiện thường, các nguyên tử hydro kết hợp với

nhau tạo thành những phân tử gồm hai nguyên tử H2 (Ở những nhiệt độ cao, quá trình ngược lại xảy ra.)

• Là chất khí ở điều kiện thường, không màu, không mùi, và không có độc tính

• Khí hydro nhẹ hơn không khí, tan rất ít trong nước.

• Trên thực tế, Hydrogen là một khí đơn giản nhất và là thành phần chủ yếu trong vũ trụ (chiếm đến

hơn 90%) Trên trái đất, hydrogen tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất với oxygen là H2O.

 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN

• Năm 1671, Robert Boyle đã phát hiện và miêu tả phản ứng giữa sắt và axit loãng sinh ra khí hydro.

• Năm 1766, Hiđrô lần đầu tiên được Henry Cavendish phát hiện như một chất riêng biệt, và đặt tên khí từ phản ứng kim

loại-axit là "khí có thể cháy"

• Năm 1783, Antoine Lavoisier đặt tên cho nguyên tố này và chứng tỏ nước được tạo ra từ hidro và Oxi.

• Năm 1898 Hydro được hóa lỏng lần đầu tiên bởi James Dewar bằng cách sử dụng bộ phận làm lạnh và phát minh của

ống phích nước

• Năm 1819 Edward Daniel Clarke đã phát minh ra ống xì hàn hydro Đèn Döbereiner và đèn sân khấu được phát minh

năm 1823

• Năm 1783 Một trong những ứng dụng đầu tiên của nó là khinh khí cầu, được Jacques Charles phát minh.

• Năm1852 Hydro tạo lực nâng cho dạng du hành trên không.

• Thị trường thương mại cần những lượng lớn hydrogen để sản xuất phân bón và hydro hóa các chất béo và dầu.

• Hydrogen lỏng có tầm quan trọng trong ngành nhiệt lạnh và nghiên cứu sự siêu dẫn

• Nhiên liệu khí đốt: Có thể thay thế khí thiên nhiên, là nhiên liệu cho nhiệt năng cao, không tạo khí thải độc hại

• Pin nhiên liệu: Là một công nghệ đang được phát triển sẽ cho phép thu được lượng lớn điện năng, có thể vận hành được trong nhiệt độ thấp, là nhiên liệu cho tương lai

• Dử dụng trong công nghiệp chế biến: lọc dầu, hóa dầu, luyện kim

• Dùng trong công nghiệp vũ trụ: Do tỷ trọng nhẹ năng lượng cao nên được dùng làm nguyên liệu cho tên lửa

 ỨNG DỤNG CỦA KHÍ HYDRO

• Sử dụng sinh khối

Sinh khối (Biomass) gồm:

• Các cây nông nghiệp: gỗ mùn cưa

• Phế thải động vật, thực vật dưới nước

• Phần hữu cơ của phế thải sinh hoạt và công

nghiệp

 SẢN XUẤT KHÍ HYDRO

o Sản xuất bằng phương pháp sinh học

- nước và năng lượng mặt trời.

• Quang hợp diễn ra trong các sắc tố - protein của tảo xanh

• Các nhà lý sinh học của trường MGU đã sử dụng mẫu tảo xanh có tỷ lệ hô hấp cao hơn nhiều

• Nhờ đó đã đạt được hiệu quả cao – khối lượng sản xuất hydro gia tăng gấp 4-5 lần so với các loài tảo thông thường

• Sử dụng tảo xanh

 SẢN XUẤT KHÍ HYDRO

o Sản xuất bằng phương pháp sinh học

Như trên đã đề cập thì hiện này có khá nhiều phương pháp sinh khí hydro, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm nhất định, công nghệ phức tạp khác nhau

Và cho tới giờ thì các nhà khoa học vẫn đang tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện một công nghệ tốt nhất để sản xuất hydro với giá rẻ hơn nữa

 SẢN XUẤT KHÍ HYDRO

PHẦN II: BỂ UASB

• UASB (Upflow anearobic sludge blanket)

UASB được thiết kế cho chất có nồng độ chất

hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp

Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức

min là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích

hợp để xử lý bằng UASB

 GIỚI THIỆU BỂ UASB UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là bể kỵ khí, với dòng nước chuyển động thẳng đứng từ dưới lên trên đi qua lớp đệm bùn trong đó bao gồm các

sinh khối được hình thành dưới dạng hạt nhỏ hay hạt lớn (giải pháp này cho phép nước thải tiếp xúc với các hạt bùn).

Các khí sinh ra trong quá trình thủy phân lại là nguyên nhân tạo nên sự chuyển động bên trong đệm bùn

• UASB được nghiên cứu và phát

triển vào cuối những năm 1970

bởi Tiến sĩ Gatze Lettinga và các

đồng nghiệp tại trường đại học

Wageningen (Hà Lan).

• Lúc đầu công nghệ UASB được

xây dựng thí điểm để xử lý nước

thải của một nhà máy sản xuất

đường từ củ cải ở Hà Lan

• Sau đó, công nghệ này được nhanh chóng phát triển và ứng dụng trên quy mô lớn trong XLNT nhà máy đường, chế biến tinh bột khoai tây, và các ngành công nghiệp thực phẩm khác cũng như các nhà máy tái chế giấy trên khắp đất nước Hà Lan cuối những năm 1970.

• Năm 1980, công nghệ UASB được công bố và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới

xử lý hệ thống tách thu khí Nhiệt độ càng cao thì hiệu quả xử lí của bể UASB càng cao, do đó bể này áp dụng rất tốt ở Việt Nam.

 GIỚI THIỆU BỂ UASB

Bể UASB

Phương pháp này dựa trên cơ chế hoạt động của các vi sinh vật phát triển trong môi trường không có oxy để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh

khối của chúng tăng lên (làm giảm COD, BOD trong nước thải.)

 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BỂ UASB

Ưu điểm:

• Giảm lượng bùn sinh học, do đó giảm được chi phí xử lí bùn.

• Xử lí được hàm lượng chất hữu cơ cao, điều này không thể thực hiện được ở các bể

sinh học hiếu khí hay chỉ áp dụng ở những bể đặc biệt như Aerotank cao tải.

• Bể UASB chịu được tải trọng cao, nên có thể giảm được thể tích bể.

• Không tốn năng lượng cho việc cấp khí vì đây là bể xử lí sinh học kị khí

• Xử lí các chất độc hại, chất hữu cơ khó phân hủy rất tốt.

• Khả năng chịu sốc cao do tải lượng lớn Ít tốn diện tích.

• Tiết kiểm diện tích và kinh phí đầu tư

• Bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một thời gian ngưng hoạt động

nên có thể hoạt động theo mùa.

Nhược điểm:

• Khởi động lâu, Nuôi cấy bùn kỵ khí khó và thời gian thích nghi lâu (3-4 tháng).

• Hiệu quả xử lí không ổn định vì là quá trinh sinh học xảy ra tự nhiên nên không thể can thiệp sâu vào hệ thống.

• Lượng khí sinh ra không ổn định.

• Nước được phân bố vào từ đáy bể và đi ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật

PHẦN III: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT KHÍ HYDRO TỪ BÙN ÉP VỚI BỂ UASB

B Radjaram, R Saravanane

Sở Xây dựng, Cao đẳng Kỹ thuật Pondicherry, Puducherry 605.014, Ấn Độ

Phòng thí nghiệm Kỹ thuật môi trường, Sở Xây dựng, Cao đẳng Kỹ thuật Pondicherry, Puducherry 605.014, Ấn Độ

Mục đích của thí nghiệm là nghiên cứu quá trình khởi động của bể UASB dùng cho sản xuất biohydrogen bằng quá trình lên men kỵ khí của bùn ép.

 GIỚI THIỆU VỀ NGHIÊN CỨU

Công nghệ sinh học trong sản xuất hydro đã gây một sự chú ý rộng rãi trên toàn thế giới như là một quá trình thân thiện với môi trường

Hiện nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng các loại tảo và vi khuẩn phototropic Tuy nhiên, hiệu quả của sản xuất hydro bằng vi sinh vật phototropic là thấp và nó không thể hoạt động liên tục nếu không có ánh sáng Ngược lại, vi khuẩn lên men kỵ khí có thể sản xuất hydro liên tục mà không cần năng lượng

So với các vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lên men sản xuất hydro tốn chi phí thấp hơn vì chúng không cần phải cung cấp ánh sáng và những yêu cầu cho sự tăng trưởng của vi sinh vật thì đơn giản hơn

Sản

sản

 GIỚI THIỆU VỀ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu sử dụng bể xử lý kỵ khí (UASB): bể UASB là một hệ thống xử lý kỵ khí được áp dụng rộng rãi với tính hiệu quả cao và thời gian lưu nước ngắn (HRT) Gần đây, hệ thống sản xuất hydro bằng UASB đã được sử dụng.Một điểm thu hút của công nghệ sản xuất hydro sinh học kỵ khí là tập trung lượng lớn nước thải hữu cơ và sinh khối, như chất thải rắn sinh hoạt, bùn cống, có thể được sử dụng như nguyên liệu, có thể giải quyết tình trạng ô nhiễm đồng thời sản xuất ra hydro

Việc sử dụng bùn thải làm nguồn bùn giống để sản xuất hydro trong một hệ thống UASB là khả thi

 NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG

o Thiết bị hệ thống bioreactor

Sản xuất biohydrogen trong nghiên cứu này sử dụng bể UASB

Quy mô phòng thí nghiệm gồm bể UASB phản ứng có một cột bên trong đường kính 10 cm, chiều cao 190 cm (H/D> 10), với một đầu tách khí lỏng có đường kính trong là 20 cm và chiều cao 20 cm, có một cổng thải 15 cm HRT được dựa trên khối lượng của chất lỏng cho vào và thải ra là 20L, cổng lấy mẫu cố định trên toàn bộ chiều cao của cột Tổng mức sinh khối trong reactor được giữ ở mức khoảng 1/3 chiều cao của cột nghĩa là khoảng 70cm Các lò phản ứng được vận hành trong chế độ chảy liên tục Nhiệt độ được giữ trong điều kiện môi trường xung quanh pH đã được giữ trong phạm vi của 5.5-6 bằng cách bổ sung HCL hoặc NaOH nồng độ 0,1N tỷ lệ lưu lượng được điều khiển bởi một máy bơm peritaltic để duy trì liên tục HRT trong 30 h

 NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG

o Giống vi sinh vật

Bùn thải có chứa nhiều loại vi thực vật sản xuất biohydrogen bị ức chế tăng trưởng

và có thể là một nguồn tốt để trở thành bùn giống dùng sản xuất hydrogen

Phân bò trộn với nước ở tỷ lệ 1: 2 và phân hủy kỵ khí trong vòng 30 ngày bằng cách điều chỉnh độ pH trong khoảng 5-6, và hàng loạt việc bổ sung các chất dinh dưỡng Sau đó hạt giống phân bò này được lọc với lưới (0,5 mm) để loại bỏ các xơ Phân bò và nước thải được trộn (4: 1) đun nóng ở 70 c trong 1 h để ức chế sinh vật sản sinh metan và đưa vào các lò phản ứng

Giống vi sinh vật lấy từ bùn thải và nuôi trong phân bò đã phân hủy

 NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG

Nó có tính axit, dạng sợi, ăn mòn nhẹ và là chất thải hữu cơ có tính phân hủy sinh học Lên

men vi khuẩn đòi hỏi chất nền như glucose và/hoặc sucrose để có được năng lượng cho sự tăng

trưởng và duy trì, và tạo ra nhiều sản phẩm phụ trung gian như các axit hữu cơ, cồn và hydro

trong suốt các quá trình trao đổi chất Bùn ép có 3% đường trong đó

Trong quá trình khởi động, trong 10 ngày, nồng độ thức ăn đã được pha loãng (1: 10) để cho phép giống thích nghi với chất nền mới Dịch lọc được đưa vào các bồn chứa thức ăn chăn nuôi gắn với máy khuấy cơ học, khuấy thức ăn thường xuyên 3 phút lần trong khoảng thời gian là 20 phút (điều hành bởi một bộ đếm thời gian điện tử) để ngăn chặn việc lắng xuống của các hạt rắn trong bể.

 KẾT QUẢ

Đã tìm thấy một lượng lớn các sản phẩm trung gian có tính acid được sản xuất bởi các vi sinh vật kỵ khí Do đó, vi khuẩn lên men chủng aciduric có thể chịu được các sản phẩm có tính axit và pH thấp cần thiết để giữ cho hiệu suất sản xuất Hydro Để phát triển vi khuẩn lên men aciduric, các lò phản ứng pH cần được duy trì ở mức khoảng 5,5 bằng cách điều chỉnh pH của nguyên liệu trong phạm vi 5-6 Thông thường,

vi khuẩn chịu acid khi lên men phát triển tốt sau khi nuôi cấy trong 40 ngày

Độ pH trong lò phản ứng giảm 6,5-5,5 trong giai đoạn khởi động, do sản xuất của VFA, trong khi sản xuất khí sinh học, năng suất hydro năng suất hydro và hiệu quả khử COD tăng dần theo thời gian

Khi sản biohydrogen bắt đầu vào ngày thứ 29, có năng suất không ổn định cho đến ngày thứ 76 Sản phẩm biohydrogen dần dần gia tăng sau 75 ngày

Những kết quả này cho thấy bùn ép lên men kỵ khí trong bể phản ứng UASB có thể sản xuất hydro ổn định

 MÔ HÌNH ÁP DỤNG VÀO CÔNG NGHIỆP