Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2

Tôi xin cam đoan các nội dung được trình bày trong luận văn tốt nghiệp“Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dungdịch hấp thụ BaOH2” là nghiên cứu của

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Mạnh

Hà Nội, 7/2020

Tôi xin cam đoan các nội dung được trình bày trong luận văn tốt nghiệp

“Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dungdịch hấp thụ Ba(OH)2” là nghiên cứu của cá nhân tôi, trên cơ sở một số dữliệu, số liệu được tham khảo Những tài liệu được sử dụng tham khảo trongluận văn đã được nêu rõ trong phần tài liệu tham khảo Các số liệu, kết quảtrình bày trong đồ án là hoàn toàn trung thực, nếu sai tôi xin chịu hoàn toàntrách nhiệm và chịu mọi kỷ luật của bộ môn và nhà trường đề ra

Hà Nội, tháng 7 năm 2020Sinh viên Tôn Nữ Thị Phương Vi

Lời đầu tiên, xin chân thành gửi lời cám ơn đến Ban lãnh đạo ViệnCông nghệ Môi trường và Ban lãnh đạo Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – MiềnTrung đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi hoàn thành các chương trìnhhọc tại học viện.

Luận văn tốt nghiệp được thực hiện tại Hệ thống lên men yếm khí bùnthải, sinh khí sinh học để phát điện và bùn thải sau lên men được thu gom sảnxuất làm phân bón hữu cơ Đây là đề tài phối hợp giữa Công ty CP bia SàiGòn – Miền Trung và Viện Công nghệ Môi trường Do đó, tôi được tạo điềukiện học tập, nghiên cứu cùng các chuyên gia của Viện khi triển khai xâydựng dự án, vận hành thử nghiệm và sản xuất Đây là cơ sở để thực hiện cácnội dung nghiên cứu của cá nhân tôi

Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TS Đỗ Văn Mạnh, phó việntrưởng Viện Công nghệ Môi trường đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trongsuốt quá trình học tập và làm khóa luận

Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Học viện nóichung, các thầy cô trong khoa Kỹ thuật môi trường nói riêng đã truyền đạtnhiều kiến thức bổ ích chuyên ngành, giúp em nắm bắt được cơ sở lý thuyếtvà tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chúc Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Môi trường, Banlãnh đạo Công ty Cổ phần bia Sài Gòn – Miền Trung và các thầy cô giáo sứckhỏe, thành công

Sinh Viên Tôn Nữ Thị Phương Vi

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍ SINH HỌC 5

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC 10

1.2.1 Hydrogen sulphide (H2S) 11

1.2.2 Siloxane 12

1.2.3 Cacbonic (CO2) 14

1.2.4 Amoniac (NH3) 14

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC 15

1.3.1 Loại bỏ H2S và NH3 bằng phương pháp hóa lý 15

1.3.2 Các phương pháp loại bỏ Siloxan 27

1.3.3 Loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học 30

1.3.4 Một số phương pháp phổ biến làm sạch khí sinh học trên thế giới 37

1.3.5 Công nghệ làm sạch khí sinh học tại Việt Nam 41

1.4 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ SINH HỌC BẰNG THIẾT BỊ LY TÂM TRỌNG LỰC TỐC ĐỘ CAO 43

1.5 HÓA CHẤT SỬ DỤNG TRONG PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC 46

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNGVÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48

2.1.ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 48

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 48

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 48

2.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 48

2.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 53

2.2.1 Quy trình thí nghiệm 53

2.2.2 Các nội dung nghiên cứu 59

2.2.2.1 Nội dung 1 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 59

2.2.2.2 Nội dung 2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 60

2.2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 60

2.2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 61

2.2.2.5 Nội dung 5 Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 theo thời gian 62

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 63

2.3.1 Phương pháp thực nghiệm 63

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích 64

2.3.3 Phương pháp kế thừa 66

2.3.4 Phương pháp chuyên gia 67

2.3.5 Phương pháp tính toán 67

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 68

3.1 MÔ HÌNH VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ BÙN YẾM KHÍ TẠI NHÀ MÁY 68

3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH HẤP THỤ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 Error! Bookmark not defined. 3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ QUAY CỦA THIẾT BỊ HGRPB ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 74

3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG KHÍ ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 77

3.4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ DÒNG DUNG DỊCH ĐẾN HIỆU SUẤT LOẠI BỎ H2S VÀ CO2 79

3.5 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ ĐỘ BÃO HÒA CỦA DUNG DỊCH HẤP THỤ

Ba(OH)2 THEO THỜI GIAN 82

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

PHỤ LỤC 90

Tỉ lệ giữa lưu lượng khí vào và lưu lượng dung dịch hấp thụVòng/phút (revolutions per minute)

Nhu cầu oxy hóa họcNhu cầu oxy hóa học hòa tanTổng cacbon hữu cơ hòa tanCacbon tổng số

Tiêu chuẩn Việt NamTổng cacbon hữu cơTổng chất rắn

Trạm xử lý nước thảiChất rắn bay hơi

Xử lý nước thải

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất của khí sinh học 9

Bảng 1.2 Một số phương pháp làm sạch CO2 từ hỗn hợp biogas 38

Bảng 1.3 Một số phương pháp làm sạch H2S từ hỗn hợp biogas 39

Bảng 2.1 Giá trị đặc trưng của bùn hữu cơ sử dụng trong nghiên cứu

Error! Bookmark not defined Bảng 2.2 Chất lượng khí biogas dùng làm nhiên liệu cho máy phát điện 56

Bảng 2.3 Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 59

Bảng 2.4 Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởngcủa tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 60

Bảng 2.5 Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 61

Bảng 2.6 Các thông số của thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịch đến hiệu suất loại bỏ H2S và CO2 61

Bảng 2.7 Đánh giá độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian 62

Bảng 2.8 Các bước thực hiện các thí nghiệm làm sạch khí 622

Bảng 2.9 Các thông số và phương pháp phân tích thành phần biogas 66

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Quá trình phân hủy kị khí 6

Hình 1.2 Sơ đồ quá trình phân hủy kị khí chất thải hữu cơ 6

Hình 1.3 Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược 18

Hình 1.4 Loại bỏ H2S bằng phương pháp lọc sinh học 31

Hình 1.5 Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược 33

Hình 1.6 Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược 34

Hình 1.7 Hiệu suất loại bỏ H2S bằng phương pháp sinh học 35

Hình 1.8 Sơ đồ ứng dụng của khí sinh học Error! Bookmark not defined.2 Hình 1.9 Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu Error! Bookmark not defined.4 Hình 1.10 Nguyên lý của thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB dùng trong nghiên cứu Error! Bookmark not defined Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy 570

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình xử lý bùn yếm khí tại nhà máy 572

Hình 2.3 Thiết bị làm sạch khí biogas HGRPB thực tế tại pilot 574

Hình 2.4 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu 575

Hình 2.5 Túi chứa biogas thô (bên phải) và túi chứa biogas tinh (bên trái) 576 Hình 2.6 Bồn chứa và máy khuấy trộn hóa chất 57

Hình 2.7 Động cơ quay ly tâm biến tần 57

Hình 2.8 Máy thổi khí 58

Hình 2.9 Lưu lượng kế đo khí 58

Hình 2.10 Bơm hóa chất 58

Hình 2.11 Lưu lượng kế đo hóa chất 58

Hình 2.12 Đo nhanh chất lượng khí biogas tại hiện trường 65

Hình 2.13 Lấy mẫu khí biogas vào túi chứa 65

Hình 2.14 Đo pH dung dịch hấp thụ tại hiện trường 66

Hình 3.1 Các hạng mục trong dây chuyền công nghệ của đề tài 72

Hình 3.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch hấp thụ đến hiệu suất loại bỏ

H2S, CO2 73

Hình 3.3 Ảnh hưởng tốc độ quay của thiết bị HGRPB đến hiệu suất loại bỏ

H2S, CO2 76

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí đến hiệu suất loại bỏ H2S, CO2 78

Hình 3.5 Ảnh hưởng của tốc độ dòng dung dịchđến hiệu suất loại bỏ H2S,

CO2 81

Hình 3.6 Độ bão hòa của dung dịch hấp thụ theo thời gian 83

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Năng lượng và môi trường là vấn đề có tác động, ảnh hưởng không nhỏđến tất cả các lĩnh vực, bao gồm: kinh tế, chính trị, văn hóa, an ninh, xã hội …của tất cả các quốc gia trên thế giới Đặc biệt, trong tình hình nguồn nănglượng hóa thạch đang cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở thànhhiểm họa đối với loài người thì vấn đề nêu trên càng trở thành mối quan tâmhàng đầu của cả thế giới Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môitrường luôn là mục tiêu nghiên cứu chính, song hành cùngquá trình phát triểnkinh tế - xã hội của đất nước Song song với việc hoàn thiện các hệ thống sửdụng để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễmmôi trường thì các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng sạch,năng lượng tái sinh và nâng cao hiệu quả sử dụng các nguồn năng lượng này làviệc rất cần thiết

Trong các nguồn nhiên liệu thay thế, khí sinh học (Biogas) là nguồnnăng lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn và đang được khuyến khích phát triểntại Việt Nam Việc sản xuất biogas bằng phương pháp phân hủy kị khí từ cácchất thải hữu cơ là giải pháp mang lại lợi ích nhiều mặt, vừa tận thu đượcnguyên liệu phục vụ tái sản xuất, giảm thể tích chất thải cần chôn lấp, đồngthời khí biogas thu được dùng làm nhiên liệu, chạy máy phát điện Thànhphần chủ yếu của biogas là khí metan (CH4) và khí cacbonic (CO2), ngoài racòn có các tạp chất khác như khí hydro sulfua (H2S), hơi nước (H2O), khíamoniac (NH3), Chất lượng khí biogas phụ thuộc vào hàm lượng CH4

trong hỗn hợp biogas và độ tinh khiết của hỗn hợp khí Nếu khí biogas đượclọc sạch các tạp chất, chúng sẽ nhận được nhiên liệu có tính chất tương tự nhưkhí thiên nhiên (biomethane) Việc chuyển đổi biogas thành biomethane nóichung bao gồm hai bước chính: quá trình làm sạch để loại bỏ các thành phần

ô nhiễm như: H2S, H2O, NH3, … quá trình nâng cấp để tăng giá trị nhiệt đápứng cho phát điện Sử dụng biogas làm nhiên liệu cho phép giải quyết đồngthời vấn đề ô nhiễm khi sản xuất biogas và thay thế nhiên liệu truyền thống

Tại Việt Nam, trong 10 năm trở lại đây đã có nhiều nghiên cứu và ứngdụng thực tế về thu khí biogas bằng quá trình phân hủy kị khí nước thải, phângia súc, gia cầm, dùng để đun nấu và chạy máy phát điện ở quy mô hộ giađình và trang trại.Tuy nhiên, các đầu công suất phát điện đều ở mức thấp, thiết

bị tách lọc khí chưa đạt hiệu quả cao, dẫn đến các thiết bị hay gặp sự cố và bị

ăn mòn, nhanh hỏng, từ đó ảnh hưởng đến công suất phát điện

Việc kết hợp với đối tác Đài Loan trong việc xử lý bùn thải bằngphương pháp lên men kị khí, sinh khí biogas với hiệu suất cao, xây dựng quytrình lọc khí biogas triệt để, tạo ra nguồn khí biogas chất lượng để chạy máyphát điện với công suất lớn không chỉ mang ý nghĩa kinh tế - môi trường - xãhội mà còn tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong lĩnh vực khoa học côngnghệ nước nhà, tạo ra một sự phát triển bền vững, thân thiện môi trường trongbối cảnh ô nhiễm toàn cầu đang ở mức báo động và biến đổi khí hậu đã, đangvà sẽ mang lại những hậu quả khôn lường cho người dân

Trên cơ sở đó, trong phạm vi luận văn tốt nghiệp, tác giả đề xuất đề tài:

“Nghiên cứu kỹ thuật làm sạch khí sinh học bằng phương pháp sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH) 2 ” nhằm đánh giá hiệu quả của quá trình làm sạch

thành phần các khí CO2 và H2S trong hỗn hợp khí biogas bằng kỹ thuật quay

ly tâm tốc độ cao sử dụng dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 Thông qua kết quảnghiên cứu, sẽ lựa chọn được bộ các thông số tối ưu trong vận hành để đảmbảo hiệu quả làm sạch khí cao nhất

2 Mục tiêu nghiên

cứu a Mục tiêu chung:

Làm sạch khí sinh học giúp cải thiện chất lượng khí sinh học phát sinh,tận thu và đưa vào sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ phát điện phục vụ hoạtđộng sản xuất

- Góp phần giảm thiểu khối lượng sử dụng các nhiên liệu hóa thạch dùng làm chất đốt trong nhà máy hiện nay

- Tận dụng chất thải để chuyển hóa thành năng lượng sạch phục vụ đời sống sinh hoạt, sản xuất và cải thiện chất lượng môi trường

b Mục tiêu cụ thể:

Nghiên cứu, lựa chọn các yếu tố thích hợp cho quá trình làm sạchbiogas bằng phương pháp sử dụng thiết bị làm sạch là máy ly tâm tâm tốc độcao HGRPB với dung dịch hấp thụ Ba(OH)2 nhằm nâng cao hiệu suất phátđiện và phục vụ định hướng ứng dựng trên quy mô phát điện công nghiệp tạiđơn vị.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Khí sinh học (biogas) sinh ra từ hệ thống phân hủy bùn yếm khí

- Hệ thí nghiệm làm sạch khí

3 2 Phạm vi nghiên cứu

- Trong giới hạn luận văn, phạm vi nghiên cứu được xác định:

+ Khí biogas sinh ra từ hệ thống phân hủy yếm khí bùn thải công suấttối đa 80 m3/ngđ tại Nhà máy bia Sài Gòn- Đắk Lắk, thuộc công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – Miền Trung

+ Các thông số của quá trình làm sạch khí biogas: nồng độ dung dịchhấp thụ (CBa(OH)2); tốc độ quay của thiết bị HGRPB (ω); tốc độ dòng khí biogas (QG) và tốc độ dòng dung dịch (QL)

+ Độ bão hòa của dung dịch hấp thụ trong quá trình làm sạch khí biogas theo thời gian

- Thời gian nghiên cứu: tháng 10/2018 đến tháng 2/2020

- Địa điểm tiến hành thí nghiệm: mô hình thí nghiệm tại khuôn viênNhà máy bia Sài Gòn- Đắk Lắk, thuộc công ty Cổ phần Bia Sài Gòn – MiềnTrung, địa chỉ: số 01 Nguyễn Văn Linh, thành phố Buôn Ma Thuột, tỉnh ĐắkLắk

Nghiên cứu làm sạch biogas bằng kỹ thuật ly tâm tốc độ cao HGRPB

sử dụng dung dịch Ba(OH)2 quy mô 80 m3 và hệ thống xử lý nước thải côngsuất 600 m3/ngđ để cung cấp khí biogas cho máy phát điện 20 kWh

4. Phương pháp nghiên cứu:

5 Ý nghĩa khoa học của đề tài:

Kết quả đề tài là sự thành công việc ứng dụng khoa học vào thực tiễn,đặc biệt trong công nghệ làm sạch khí bằng thiết bị làm sạch khí sinh học, làmtăng khả năng ứng dụng thiết bị này vào thực tiễn với các thông số vận hànhhợp lý, đem lại hiệu quả xử lý cao

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY KỊ KHÍ THU HỒI KHÍSINH HỌC

Ngày nay, hệ thống phân hủy kị khí được sử dụng rộng rãi để xử lý cácchất thải rắn, bao gồm chất thải nông nghiệp, phân động vật, bùn từ các trạm

xử lý nước thải và chất thải đô thị Ước tính hàng triệu hệ thống phân hủy kịkhí được xây dựng trên toàn thế giới Hệ thống phân hủy kị khí cũng được sửdụng hiệu quả trong xử lý chất thải nông nghiệp, công nghiệp thực phẩm vànước giải khát, ở các nước phát triển và đang phát triển

Trong các hệ thống kị khí, hầu hết các chất hữu cơ bị phân hủy sinh học

có trong chất thải được chuyển đổi thành khí sinh học (70 ÷ 90%), từ phalỏng và bể phản ứng ở dạng khí Chỉ một phần nhỏ chất thải hữu cơ đượcchuyển đổi thành sinh khối vi sinh vật (5 ÷ 15%), sau đó tạo thành bùn thừacủa hệ thống, bùn này đặc hơn Chất thải không chuyển hóa thành khí sinhhọc hoặc vào sinh khối ra khỏi hệ thống xử lý là chất thải không bị phân hủy(10 ÷ 30%)

Kết quả nghiên cứu của Lettinga (1995) đã nhấn mạnh sự cần thiết phảithực hiện các hệ thống bảo vệ môi trường kết hợp, để làm hài hoà việc xử lýnước thải, thu hồi và tái sử dụng các sản phẩm phụ của nó Cách tiếp cận nàyđặc biệt phù hợp với các nước đang phát triển, nơi có nhiều vấn đề nghiêmtrọng về môi trường, tình trạng thiếu nhân lực và năng lượng và thường làkhông đủ khả năng sản xuất lương thực Do đó, phân hủy kị khí trở thành giảipháp thích hợp nhất để xử lý nước thải và thu hồi các sản phẩm phụ, nhưminh họa trong Hình 1.1

Hình 1.1 Quá trình phân hủy kị khí

Chất thải hữu cơ phức tạp

Cacbohydrat, protein, chất béo

1 Thủy phân

Phân tử hữu cơ hòa tan

Đường, amino axit, axit béo

 Giai đoạn 1: Thủy phân

Dưới tác dụng của enzym hydrolaza do vi sinh vật tiết ra, các chất hữu

cơ có phân tử lượng lớn như protein, lipit, hydrocacbon … sẽ bị phân hủythành các chất hữu cơ có phân tử lượng nhỏ hơn và phần lớn đều dễ tan trongnước như đường, amino axit, axit béo, axit hữu cơ … như phản ứng (1); (2);(3); (4) và (5) thể hiện ở dưới đây:

(1) Hợp chất cao phân tử + H2O → Hợp chất thấp phân tử + H2

(2) Lipids → Axit béo

(3) Polysaccharide → Monosaccharide

(4) Protein → Amino axit

(5) Axit nucleic → Purine + Pyrimidin

 Giai đoạn 2: Axit hóa

Các sản phẩm của quá trình thủy phân sẽ được vi sinh vật hấp thụ vàchuyển hóa Các axit hữu cơ có phân tử lượng nhỏ, các rượu và các chất trungtính khác cũng được hình thành do quá trình lên men đường, do phân giải axitvà do khử amin Ngoài ra một số khí cũng được tạo thành như CO2, H2S, H2,

NH3 và một lượng nhỏ CH4, nếu trong nước thải giàu protein thì còn sinh racác khí độc như mercaptan, scatol, indol … Trong quá trình lên men các axithữu cơ, các axit amin sẽ được khử amin bằng khử hoặc bằng thủy phân để tạo

NH3 và NH4+, một phần sẽ được vi sinh vật sử dụng để tạo sinh khối, phầncòn lại thường tồn tại dưới dạng NH4+

Thành phần và tính chất của các sản phẩm trong giai đoạn này phụthuộc nhiều vào bản chất của các chất ô nhiễm, điều kiện môi trường và tácnhân sinh học Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn này sẽ ảnhhưởng đến giai đoạn tiếp theo Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này baogồm phản ứng (6) và (7)

(6) C6H12O6 + 2H2 → 2CH3CH2COOH + 2H2O

(7) C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2

 Giai đoạn 3: Acetat hóa

Các sản phẩm lên men như axit béo, axit lactic … sẽ được từng bướcchuyển hóa đến axetic Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này bao gồmphản ứng (8); (9); (10) và (11)

(8) CH3CH2COO- + 3H2O → CH3COO- + H+ + HCO3- + 3H2

(9) C6H12O6 + 2H2O → 2CH3COOH + 2CO2 + 4H2

(10) CH3CH2OH + 2H2O → CH3COO + 2H2 + H

(11) 2HCO3- + 4H2 + H+ → CH3COO- + 4H2O

• Giai đoạn 4: Metan hóa

Đây là giai đoạn cuối cùng và cũng là giai đoạn quan trọng nhất trongtoàn bộ quá trình xử lý yếm khí đặc biệt là trong điều kiện xử lý có thu khíbiogas Các sản phẩm thu được từ giai đoạn trước sẽ được khí hóa nhờ các vikhuẩn methane hóa được gọi chung là Methanogens Các vi sinh vật này cóđặc tính chung là chỉ hoạt động trong môi trường yếm khí nghiêm ngặt Tốc

độ sinh trưởng và phát triển của chúng chậm hơn nhiều so với các chủng visinh vật khác.Các phản ứng xảy ra trong giai đoạn này bao gồm phản ứng(12); (13); (14); (15); (16) và (17)

Thành phần và tính chất của khí sinh học thu được sau quá trình phânhủy kị khí chất thải hữu cơ được trình bày trong Bảng 1.1

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất của khí sinh học

Giá trị năng lượng

Nhiên liệu tương đương

6 - 12% biogas trong không khí

650 – 750°C

75 - 89 bar-82,5°C1,2 kg/m3Trứng thối16,043 kg/kmol

Khí sinh học (biogas) là một hỗn hợp của một số loại khí khác nhau đượctạo ra bởi sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong môi trường yếm khí với sự

tham gia chính của các nhóm vi khuẩn sản sinh mêtan (methanogen) hoặc vi

sinh vật phân hủy yếm khí Khí biogas có thể được sản xuất từ các nguyênliệu thô như rác thải nông nghiệp, phân, rác đô thị, nguyên liệu thực vật, nướcthải, chất thải xanh hoặc chất thải thực phẩm Khí sinh học chủ yếu là thànhphần khí mêtan (CH4), cacbon dioxide (CO2), hydrogen sulphide (H2S), độ

ẩm và siloxan

Khí sinh học còn là một nguồn năng lượng tái tạo có giá trị, có thể đượckhai thác trực tiếp làm nhiên liệu hoặc làm nguyên liệu thô để sản xuất khítổng hợp hoặc hydro Hàm lượng và chất lượng biogas thường phụ thuộc vàonhiều yếu tố như điều kiện lên men yếm khí, nguồn cơ chất để chuyển hóa, visinh vật tham gia vào các quá trình… Do đó, tùy thuộc vào điều kiện cụ thểmà hàm lượng và thành phần khí sinh học có đặc trưng riêng, khí sinh học đượctạo ra trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt thường chứa 55÷65% mêtan,

35÷45% CO2, nitơ < 1%, tuy nhiên khi được phân hủy với nguyên liệu cónguồn gốc là hữu cơ thì hàm lượng CH4 60÷70%, 30÷40% CO2 và nitơ < 1%,trong khi đó biogas từ quá trình chôn lấp rác lại có hàm lượng mêtan nhỏ hơn45÷55%, 5÷15% nitơ và một số những thành phần tạp chất khác

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC (KHÍ BIOGAS)

Trong hỗn hợp khí sinh học được tạo ra từ quá trình phân giải yếm khíngoài Mêtan (CH4) và cacbondioxit (CO2) là thành phần chính, thường chứamột lượng đáng kể các chất không mong muốn (các tạp chất) như hydrogensulfide (H2S), amoniac (NH3) và các khí siloxan … Sự tồn tại và số lượng củacác tạp chất này phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu sinh ra khí sinh học (bùnthải, phế thải nông nghiệp, bãi chôn lấp rác sinh hoạt, quá trình lên men kị khítrong sản xuất phân bón ) Sự có mặt của các tạp chất này là một vấn đề lớn

do gây bất lợi cho thiết bị chuyển đổi nhiệt hoặc xúc tác nhiệt bằng khí biogas(ví dụ như gây ăn mòn, xói mòn, gây lỗi); đồng thời chúng sản sinh ra ra cáckhí phát thải có hại đối với môi trường Do đó, cần phải tinh chế làm sạch khísinh học trước khi đưa vào sử dụng tại các công đoạn tiếp theo Tác hại củamột tạp chất điển hình như sau:

1.2.1 Hydrogen sulphide (H2S)

Hydrogen sulphide (H2S) là chất khí không màu, rất độc và dễ cháy H2S

có mùi trứng thối và mùi hôi dễ phát hiện khi nồng độ nằm trong giới hạn bé(0,05 - 500 ppm) H2S hòa tan trong nước tạo thành axit yếu Khi cháy H2S

sinh ra SO2, chất gây ăn mòn mạnh (sulphuric acid) và gây ô nhiễm môitrường (mưa acid) H2S là chất rất độc (tương đương với hydrogen cyanide)với giới hạn gây độc thấp (khoảng 10 ppm H2S) Khi hàm lượng H2S trongkhông khí đạt 1,2 - 2,8 mg/lít hay 0,1%, nó gây tử vong ngay lập tức Khi hàmlượng này đạt 0,6 mg/lít hay 0,05% nó có thể gây chết người trong vòng 30phút đến 1 giờ.

H2S được hình thành trong hầm khí sinh học do sự chuyển đổi proteincủa các chất có chứa lưu huỳnh Các chất này có thể là protein thực vật và dưlượng thức ăn gia súc Tuy nhiên, khi phân động vật và con người được sửdụng, vi khuẩn tiết ra trong ruột là nguồn chính của protein Lưu huỳnh vô cơ,đặc biệt là sulphates, cũng có thể được sinh hóa chuyển đổi thành H2S trongbuồng lên men Khi H2S cháy với tỉ lệ không khí/biogas đúng, chúng biếnthành lưu huỳnh: 2H2S + O2 → 2H2O + 2S

Khi oxygen trong hỗn hợp thừa, một phần hay toàn bộ H2S biến thành

SO2 Ngay cả khi thành phần không khí/biogas đúng hoàn toàn, một bộ phận

H2S cũng biến thành SO2: 2H2S + 3O2 → 2H2O + 2SO2

Do vậy, có thể nói H2S góp phần làm tăng nhiệt trị của biogas Vấn đềlà khi SO2 gặp nước sẽ sinh ra axit: SO2 + H2O → H2SO3

H2SO3 là chất gây hại, nhưng nguy hại hơn khi oxygen tham gia vàophản ứng để hình thành H2SO4: 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4

Những phản ứng này hoàn toàn không mong muốn nên cần loại bỏ

H2S, đặc biệt là khi sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong Tuynhiên, trong nhiều trường hợp ứng dụng, sự loại bỏ H2S cũng không phải bắtbuộc vì hàm lượng của chúng không lớn (nhỏ hơn 0,1%)

Tác hại của H2S đến sản xuất và sử dụng biogas có thể được tóm tắtnhư sau: Trong hầm khí biogas, H2S hòa tan được chứa trong bùn lên men và

ở trạng thái cân bằng giữa H2S hòa tan và H2S thể khí H2S hòa tan với nồng

độ cao có thể giết chết các vi khuẩn trong bùn, gây ức chế quá trình sản xuấtkhí sinh học và đó là nguyên nhân gây thay đổi thành phần khí biogas Trong

trường hợp này cần cấp ít vật liệu giàu lưu huỳnh vào hầm sinh khí đồng thờipha loãng nguyên liệu cần phân hủy bằng nước Trong trường hợp ít nghiêmtrọng chỉ cần khuấy mạnh nguyên liệu bên trong bể phản ứng có thể loại bỏđược H2S ra khỏi bùn.

Trong quá trình sử dụng, sự hiện diện của khí H2S trong biogas gây ănmòn các bộ phận kim loại Sắt là đối tượng dễ bị tấn công bề mặt, mặc dùkhông phải là ăn mòn lớn Các bộ phận mạ kẽm cũng bị ăn mòn bề mặt tương

tự Các chi tiết được chế tạo bằng kim loại màu, chẳng hạn như bộ ổn áp áplực, đồng hồ lưu lượng khí, van và giá đỡ … bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơnnhiều Những vật liệu này thường bị ăn mòn rất nhanh

Sản phẩm của quá trình cháy H2S là SO2 khi kết hợp với hơi nước sinh

ra axit, gây ăn mòn các bộ phận động cơ trong buồng đốt, hệ thống thải và cácchi tiết tiếp xúc với khí thải khác nhau Tác hại càng trầm trọng hơn khi động

cơ khởi động thường xuyên, thời gian hoạt động ngắn và nhiệt độ tương đốithấp khi bắt đầu khởi động và sau khi dừng động cơ Thời gian đại tu đầu tiên

có thể giảm khoảng 10 - 15% đối với động cơ sử dụng biogas có chứa H2S sovới động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng Mặt khác, khi sử dụng biogas có chứalưu huỳnh làm nhiên liệu, thời gian giữa hai lần thay dầu bôi trơn động cơcũng rút ngắn lại Do SO2 trong sản phẩm cháy và hơi nước hòa tan trong dầubôi trơn nên dầu trở nên có tính axit và bị biến chất, làm mất khả năng bôitrơn và đôi khi ăn mòn các chi tiết kim loại Trong điều kiện đông cơ sử dụngnhiên liệu biogas có chứa lưu huỳnh hoạt động liên tục, khoảng thời gian giữa

2 lần thay dầu giảm 200 - 250 giờ so với khi làm việc bằng nhiên liệu khôngchứa lưu huỳnh Do đó việc loại bỏ H2S là cần thiết cho việc sử dụng biogas ởcông đoạn cuối

tính.Siloxane không bị phân hủy sinh học nhưng tích tụ trong bùn hoạttính.Hàm lượng siloxane trong bùn cao hơn đáng kể so với hàm lượng củachúng trong nước thải (Dewil 2006).Trong quá trình tiêu hóa bùn, siloxanenhẹ chuyển thành pha khí Phần siloxane nặng còn lại trong bùn của hầmbiogas.Ước chừng 20 - 50% siloxane trong nước thải và trong bùn hoạt tính

có mặt trong biogas, phần còn lại nằm trong chất thải của hầm sinh khí(Kazouki 2007).Hàm lượng siloxane trong biogas của hầm sinh khí từ bùntrạm xử lý nước thành phố khoảng từ 20 - 50 mg/m3 Hàm lượng siloxanetrong biogas từ bãi rác khoảng 10 - 30 mg/m3 (Dewil 2005)

Siloxane hữu cơ là hợp chất semi - volatile Chúng không phản ứng hay

ăn mòn nhưng chúng chuyển sang silic cứng bám vào buồng cháy động cơ,trên đầu xi lanh, ngăn cản dầu nhờn đến bôi trơn Những hợp chất silicon hữu

cơ hiện diện trong biogas có thể gây hỏng hóc động cơ.Trong quá trình cháy,chúng bị oxi hóa thành oxide silicon bám vào bám vào bougie, xú páp và đầu

xi lanh Lớp bám silicon trên đỉnh piston có màu trắng xám, chủ yếu là SiO2

và kim loại Động cơ đánh lửa cưỡng bức bị ảnh hưởng bởi siloxane lớn hơnđộng cơ nhiên liệu kép

Lớp bám SiO2 trên thành buồng cháy ảnh hưởng đến truyền nhiệt, tỉ sốnén động cơ Mặt khác, một bộ phận silicon lọt xuống carter làm bẩn dầunhờn.Vì vậy, dầu nhờn cần được thay thường xuyên hơn khi động cơ hoạtđộng với nguồn biogas chứa nhiều siloxane Turbine làm việc ở nhiệt độ cao

bị ảnh hưởng nặng nề bởi thành phần siloxane trong biogas

Mặt khác, trong quá trình cháy, siloxane biến thành những hạt mài silicgây mòn phần đầu xi lanh, xú páp Bougie của động cơ đánh lửa cưỡng bức bịchóng hỏng do silic bám vào cực Những động cơ có bộ xúc tác có thể bị têliệt do lớp silic bám trên lớp kim loại hoạt tính Những vấn đề này gây ảnhhưởng lớn đối với động cơ đánh lữa cưỡng bức chạy bằng biogas ở tốc độ lớnvà nhiệt độ cao Những động cơ nhiên liệu kép (tốc độ bé, nhiệt độ thấp) ít bịảnh hưởng bởi lớp bám silic

Lớp bám silic trong buồng cháy có thể làm giảm thời gian giữa 2 lần bảotrì từ 40000 - 20000 giờ xuống 14000 giờ khi chuyển động cơ truyền thống sangchạy bằng biogas có chứa siloxane Trong những trường hợp nghiêm trọng, việcbảo trì động cơ phải tiến hành sau khoảng 2000 đến 4000 giờ vận hành.

Tóm lại, siloxane bản thân nó không trực tiếp gây ô nhiễm môi trườngvà làm tăng mức độ phát thải ô nhiễm của động cơ Siloxane làm tăng chút ít

SOx do dầu bôi trơn bị đốt và tăng một ít CO do động cơ hoạt động trong điềukiện bất lợi Vì vậy, việc loại bỏ siloxane được xem xét thuần túy trên khíacạnh kinh tế khi so sánh chi phí đầu tư hệ thống lọc và chi phí sửa chữa, bảotrì động cơ và đảm bảo nâng cao tuổi thọ thiết bị.Khi động cơ có trang bị hệthống xử lý xúc tác khí thải, việc lọc bỏ siloxane trong biogas trước khi sửdụng là rất cần thiết

1.2.3 Cacbonic (CO2)

Cacbonic là tạp chất chính có mặt trong biogas.Nó là chất không độcnhưng nó làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu Để tăng giá trị năng lượng củabiogas trên một đơn vị thể tích lưu trữ, đặc biệt là khi nén biogas để làm nhiênliệu cho thiết bị vận chuyển, người ta phải lọc bỏ cacbonic Trong các trườnghợp sử dụng biogas làm nhiên liệu tại chỗ (như đun nấu, chạy động cơ tĩnhtại,…), việc loại bỏ là CO2 là không cần thiết

1.2.4 Amoniac (NH3)

Amoniac (NH3) là một chất gây ô nhiễm thông thường có nguồn gốc từquá trình phân hủy các phân tử nitơ hữu cơ Nó cũng ăn mòn và gây nguyhiểm cho sức khoẻ, nhưng sự đốt cháy của NH3 chỉ làm tăng lượng phát thảinitơ oxit (NOX), NH3 không nguy hại như H2S

Việc chuyển đổi năng lượng hóa học chứa trong khí sinh học sang nhiệthoặc điện có thể xảy ra qua quá trình đốt Nếu nhiệt là sản lượng yêu cầu thìbiogas thường được cho vào các thiết bị nồi hơi, nhiệt lượng được giải phóngrahơi nước và khí thải Nếu mục tiêu là điện thì biogas sẽ được cấp trực tiếp

vào động cơ đốt trong (động cơ ôtô hoặc tuabin) hoặc cấp cho các lò đốt, bộtruyền nhiệt/nồi hơi tạo ra hơi nước chất lượng cao cho sản xuất điện thôngqua các tua bin chạy bằng hơi nước Trong tất cả các trường hợp, chất lượngkhí sinh học rất quan trọng bởi nồng độ CH4 và độ tinh khiết.

Việc loại bỏ các chất này ra khỏi biogas và loại bỏ hơi nước làm giàunồng độ metan trong khí biogas, đáp ứng yêu cầu nhiên liệu đầu vào máy phátđiện

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH KHÍ SINH HỌC

Hiện nay có nhiều phương pháp làm giàu khí CH4 trong biogas bằngcách tách các tạp chất ra khỏi biogas Làm sạch khí sinh học có thể được chiathành hai phương pháp cơ bản như: Các quá trình hóa lý (hấp thụ hóa họchoặc hấp thụ vật lý, hấp phụ hóa học hoặc hấp phụ vật lý); Các quá trình sinhhọc (nhờ tiêu thụ chất gây ô nhiễm do quá trình chuyển hóa của sinh vật sống

để chuyển sang dạng không độc hoặc ít độc hơn)

Kỹ thuật thứ nhất được đề cập đến các quá trình sau: hấp thụ hóa họcbằng dung môi hấp thụ; hấp phụ hóa học lên bề mặt rắn

Kỹ thuật thứ hai liên quan đếncác quá trình sinh học Tác nhân là các

loại vi khuẩn thiobacterotrophic khác nhau đóng vai trò như các chất ôxy hoá

S trong thiết bị lọc sinh học, máy phân tích sinh học và các thiết bị lọc màngsinh học Cụ thể hơn chúng ta đi sâu vào một số phương pháp được trình bàydưới đây

1.3.1 Loại bỏ H2S và NH3 bằng phương pháp hóa lý

Mối quan hệ giữa H2S với các cation kim loại là cơ sở của các quá trìnhhấp thụ hóa học Là quá trình ôxy hóa của S2- đến S0, quá trình này dựa trên

sự kết tủa S2- thông qua kết tủa với các muối kim loại có Ksp rất thấp (sảnphẩm hòa tan trong nước) Một lựa chọn khác là sử dụng các dung dịch kiềmphản ứng nhanh với H2S Tuy nhiên, phương pháp không được xem xét ở đây

do tầm quan trọng thấp và xảy ra phản ứng của CO2 với các dung dịch kiềm,

và các chất kiềm tương đối đắt tiền Do đó, phương pháp này ít được lựa chọnhơn cho xử lý H2S.

1.3.1.1 Các quá trình liên quan đến chuyển đổi H 2 S sang S 0

Công trình đầu tiên được công bố về các phức của Fe3+với H2S vàmercaptans (Philip và Brooks) vào năm 1974 Sau đó một thập kỉ vào năm

1984, Neumann và Lynn công bố những phát hiện của họ về sự ôxy hoá hấpthụ của H2S và O2 bằng sắt (Fe) Các phản ứng oxi hóa khử là:

2Fe3+ + H2S = 2Fe2+ + S + 2H+ (1)2Fe3+ + ½ O2 + H2O = 2Fe3+ + 2OH- (2)Năm 1991, Công ty Dow Chemical đã đệ trình bằng sáng chế, có thểbảo vệ quy trình Sulferox® được thương mại hoá bởi Shell và Dow Sáng chếnày ra đời đáp ứng nhu cầu cho ngành sản xuất dầu khí và than đá, bởi cáchoạt động này đã sản sinh ra một lượng lớn khí chua (lưu huỳnh), và chúngcần được loại bỏ bằng cách khử trong các công đoạn sản xuất Mặc dù côngnghệ này đã được mô tả kỹ trong bằng sáng chế nhưng không có dữ liệu vềđộng học của quá trình Do vậy, năm 1994, Wubs and Beenackers đã công bốnghiên cứu về động học của sự hấp thụ H2S vào dung dịch axit

etylenediaminetetraacetic axetic (EDTA) và ethylethylenediaminetriacetic (HEDTA) Nghiên cứu đã chỉ ra chỉ có các dạnghydrôxyl của phức Fe mới phản ứng với H2S do đó phản ứng có thể xảy ra ởcác giá trị pH cao

axithydroxy-Các mô hình gần đúng đã được hoàn thiện bởi Demmink và Beenackersvào năm 1998 là những người đã kết hợp chuyển động và phản ứng chuyểnhoá khối lượng dựa trên lý thuyết thâm nhập trong mô hình toán học Họ đềxuất và xác nhận một cơ chế phản ứng rõ ràng, mô tả mức độ phản ứng caohơn của các nhóm hydroxyl Tuy nhiên, phát hiện chính đó là ảnh hưởng đáng

kể của gradient tập trung ở gần, điều này phụ thuộc vào điều kiện hoạt động

có thể làm cho sự khuếch tán H2S trở thành bước điều khiển của quá trình

Mô hình tổng quát có thể được mở rộng, nhưng ảnh hưởng của điều kiện vận

hành đối với hệ số truyền H2S thông qua chức năng màng lỏng (KL) khôngđược biết đến, điều này đã làm hạn chế khả năng áp dụng của mô hình trongthực tiễn Trong hầu hết tất cả các nghiên cứu đều xác định các phản ứng độnghọc là bằng 1 với H2S và như nhau với Fe3+ Gần đây vào năm 2003, Iliuta vàLarachi đã đề xuất áp dụng phương pháp này trong các nhà máy giấy Kraft.

Họ đã kết hợp nước thải có chứa O2 và H2S với dung dịch phức sắt trong thiết

bị lọc Ngoài ra còn có hai bằng sáng chế khác của Dow Chemical, được đệtrình bởi Viện Dầu khí Quốc gia Pháp (Institut Français du Petrole-IFP) Chỉ

có một sự khác biệt đáng chú ý là: Không sử dụng bước tách nano riêng đểloại bỏ nước và các sản phẩm hóa chất có hại; Vận hành quá trình ở áp suấtcao (lên đến 1 MPa)

Năm 2004, Horikawa và cộng sự đã sử dụng phương pháp này trongmột bộ tiếp xúc điều khiển lỏng và khí trong điều kiện phòng thí nghiệm ởnhiệt độ phòng (RT) và áp suất khí thấp (P), nhằm mục đích: trình bày mộtphương pháp đáng tin cậy hơn đó là sử dụng dung dịch phức Fe; chứng minhkhả năng hấp thụ cao hơn và hiệu quả của phương pháp so với hấp thụ nước;thu thập dữ liệu để tính toán quy mô lớn và đánh giá về mặt kinh tế kỹ thuậtcủa quy trình Trong phương pháp này, khí H2S khuếch tán trong dung dịchphức sắt vào xảy ra phản ứng ôxy hóa, S2- được chuyển thành S0, các cation

Fe3+giảm xuống Fe2+ S0 không tan và tồn tại như một pha rắn trong thiết bịphân hủy Dung dịch phức Fe sau sử dụng được lọc hoặc lắng để loại bỏ chấtrắn S và sau đó tái sinh lại dạng Fe3+ thông qua việc ôxy hóa bằng dòngkhông khí ngược, quá trình thực hiện được mô tả tại Hình 1.3

Sử dụng dung dịch phức Fe được chuẩn bị với bột Fe và HBr làmnguyên liệu để tổng hợp FeBr2, (hoặc sử dụng FeCl2) được sử dụng để chuẩn

bị dung dịch Fe-EDTA 0,2 mol/l Các thực nghiệm bao gồm khí sinh học môphỏng (hỗn hợp tổng hợp) chứa khoảng 80% thể tích CH4 và H2S 2,2-2,4%thể tích Kích thước thiết bị hấp thụ hình trụ: đường kính trong (ID) = 5,4cm

và chiều cao (H) = 36cm Tốc độ dòng dung dịch là L = 68-84 ml/phút, tốc độdòng khí 1000 ml/phút ở áp suất (P) = 1,2-2,2 bar.

Hình 1.3 Sơ đồ làm sạch khí biogas bằng dòng ngược

Đối với P và L cao thì hiệu quả loại bỏ H2S có thể đạt được 100% Cácthí nghiệm cho phép xác định tốc độ khử hoạt tính và sự tái tạo sau đó Đángchú ý là tỉ lệ thu hồi CO2 từ dung dịch này không đáng kể so với các dungdịch kiềm Các dữ liệu cho phép dễ dàng tính được thời gian lưu, nhưng đểtăng quy mô thì không thể là quá trình chuyển tiếp thẳng bởi vì chưa có các

dữ liệu động học để có thể xác định xem quy trình này có được khuếch tánhay kiểm soát phản ứng hay không Do đó, cần phải có thêm dữ liệu để tránhsai sót trong quy mô lớn Bên cạnh đó, mặc dù điều kiện của quy trình thấp(RT và P thấp) nhưng đòi hỏi các bước khá phức tạp, và để ứng dụng côngnghiệp thì yêu cầu các đơn vị công suất cao Do vậy cho đến nay, không cóứng dụng công nghiệp nào được biết đến và xác suất tìm thấy quá trình ápdụng đối với các trang trại chăn nuôi khác khá thấp

1.3.1.2 Các quy trình liên quan đến việc chuyển đổi H 2 S sang sulfua kim loại có khả năng hòa tan thấp

Năm 1992, Broekhuis và cộng sự đã đưa ra một quy trình nhằm loại bỏ

H2S khỏi khí chua từ các nhà máy lọc dầu sử dụng các dung dịch kim loại

SO4 Quá trình này sử dụng CuSO4 hoặc ZnSO4 để hình thành các sulfidekim loại ít tan, đồng thời sử dụng Fe3+ để ôxy hóa S2- đến S0 và tái tạo Fe2+bằng cách ôxy hóa nhờ không khí trong môi trường xung quanh… Quá trìnhtriển khai làm sạch khí bằng nước như là một thiết bị kết hợp phản ứng chopha khí-lỏng Khí H2S trong dung dịch SO42- phản ứng với cation kim loại tạothành SO42- không tan S2- kim loại phản ứng (phản ứng oxi hóa) với cáccation sắt để tạo thành S0, do đó giải phóng cation cho việc thu nạp S2- mới.Các cation Fe2+hình thành khi ion Fe3+ giảm dần, sau đó được đưa đến táisinh dưới điều kiện oxi không khí Các phản ứng diễn ra được thể hiện bởi cácphương trình như sau:

Me2+ + H2S + 2SO42- → MeS(s) + 2HSO4- (3)MeS(s) + 2Fe3+ → Me2+ + 2Fe2+ + S (4)2Fe2+ + 1/2O2 + 2HSO4-→ 2Fe3+ + H2O + 2SO42- (5)

H2S + 1/2O2→ S + H2O (6)Thí nghiệm với Zn và CuSO42- Thí nghiệm với Zn không đạt yêu cầutrong phạm vi pH (do đó cần bổ sung axit H2SO4), trong khi đó Cu cho hiệuqủa loại S tốt hơn rất nhiều, thậm chí pH ở mức 2,6 Dung dịch Cu cho phéphấp thụ nhanh, tuy nhiên các phép thử cho thấy quá trình này bị giới hạn sựkhuếch tán Các kết quả tốt nhất thu được ở nhiệt độ khoảng 60°C Ôxy hóakhử dung dịch Cu với cation sắt phải được thực hiện ở nhiệt độ hơn 100°C đểđạt được độ chuyển đổi cao hơn 99% với thời gian lưu là 5 phút Quá trìnhnày được áp dụng đối với khí than vì những điểm tương đồng với các côngnghệ được đề cập ở trên (nhiệt độ cao, pH thấp) Ứng dụng của phương phápnày ở quy mô thấp hơn là hầu như không thể xảy ra do sự phức tạp và chi phítương đối cao Bên cạnh đó, quá trình này diễn ra mạnh hơn và mức độnghiêm trọng của các phản ứng cao hơn Vì vậy, tất cả các hoạt động xảy ra ởnhiệt độ trên 60°C, trong môi trường ăn mòn do pH thấp và sự có mặt của axitmạnh như H2SO4

Gần đây, vào năm 2005, H ter Maat và cộng sự đã trình bày phần I và II

trong nghiên cứu của họ, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu về việc loại bỏ

H2S khỏi dòng khí thải(nói chung), sử dụng các dung dịch SO42- Họ tập trungvào CuSO4 và tái sinh để chuyển hóa CuS thành CuO Họ xác định phạm vi

pH tối ưu cho lượng sunfua được phun dưới dạng sương Không có gì để cảithiện mức độ nghiêm trọng của các phản ứng được trình bày trước đây và khảnăng công nghệ này áp dụng cho quá trình làm sạch biogas trong tương lai

gần.

1.3.1.3 Phương pháp sử dụng chất hấp phụ rắn để loại bỏ H 2 S

Các quá trình này được dựa trên sự hấp phụ chọn lọc của H2S đối vớichất hấp phụ rắn… Giống như hầu hết các quy trình hấp phụ, được bán liêntục vì có dòng liên tục và một lớp chất hấp phụ cố định đang dần bị bão hòa.Các quá trình này không được sử dụng để khử lưu huỳnh ở quy mô lớn, dokhông thể phục hồi chất hấp phụ và tuổi thọ hữu ích của nó là tương đối ngắn

Do đó, chúng được coi là phù hợp hơn cho việc thanh lọc sản xuất khí thải ởquy mô nhỏ (như: lên men phân chuồng, chất thải sữa và các bãi chôn lấp vừavà nhỏ) Danh mục phụ của các quá trình này được xác định bởi loại chất hấpphụ Dưới đây là một số loại chất hấp phụ

a Sử dụng Sắt oxit

Bột sắt là chất hấp phụ sắt oxit được biết đến nhiều nhất Các loại oxitsắt hấp thụ chọn lọc H2S và mercaptans Thành phần hoạt tính chủ yếu là oxitsắt hydrat (Fe2O3) có cấu trúc đường tinh thể alpha và gamma Hỗn hợp oxit

Fe3O4 (Fe2O3, FeO) cũng tham gia vào quá trình này Những đặc trưng tiêubiểu cho sắt bột được đưa ra vào năm 1997 bởi Kohl và Neilsen

Các phản ứng hóa học liên quan được thể hiện trong các phương trìnhsau:

Fe 2 O 3 + 3H 2 S=Fe 2 S 3 + 3H 2 O (7)

Fe 2 S 3 + 3/2O 2 =Fe 2 O 3 + 3S ( H 198MJ/kmol H 2 S) (8)

Bột sắt cũng có khả năng loại bỏ mercaptans theo phương trình sau

Fe 2 O 3 + 6RSH=2Fe(RS) 3 + 3H 2 O (9)

Giống như tất cả quy trình hấp phụ khí-rắn, việc loại bỏ H2S dựa trênoxit sắt được vận hành theo chế độ mẻ với quá trình tái sinh riêng biệt hoặcvới một luồng không khí nhỏ trong luồng khí để tái sinh liên tục, ít nhất là táisinh một phần Ở chế độ mẻ theo kinh nghiệm vận hành cho thấy chỉ có thểđạt được 85% (0,56 kg H2S/kg Fe2O3) hiệu suất mà Kohl báo cáo trong năm

1997 [231] Các tác giả đưa ra sự tái sinh diễn ra dưới các điều kiện sau: Tốc

độ O2 8% vol nồng độ O2 trong dòng và vận tốc của oxit sắt/phút là 0,3-0,6

m3/m3 Ngoài ra, quá trình loại bỏ bằng việc rửa sạch, trương nở thành mộtlớp dày 0,15 m và làm ẩm liên tục trong 10 ngày Cần quản lý nhiệt xây dựngtrong rửa sạch trong quá trình tái tạo để duy trì hoạt động và ngăn ngừa sựcháy Do S0 tích tụ và mất nước hydrat hóa, hoạt tính làm sạch bằng sắt giảmkhoảng một phần ba sau mỗi chu kỳ tái sinh Vì vậy, việc tái tạo chỉ thực hiệnđược một hoặc hai lần trước khi cần một lớp oxit sắt mới

Tỷ lệ loại bỏ 2,5 kg H2S/kg Fe2O3 được báo cáo trong chế độ tái tạo liêntục (trên thực tế là một chế độ hồi phục) với một dòng cung cấp chỉ chứa0,1% ôxy Bởi vì oxit sắt là một công nghệ đã phổ biến nên các hướng dẫntham số thiết kế được thiết lập cho hoạt động tối ưu Dựa trên các tiêu chí này,khí sinh học được tinh chế có các đặc điểm sau khi ở điều kiện 25°C và đo Pthấp hơn 2 kPa:

- Thành phần khí sinh học: 60% CH4/40% CO2;

- Hàm lượng S: 4000 ppmv H2S;

- Hàm lượng nước: biogas bão hòa;

- Lưu lượng khí biogas: 1400 m3/ngày

- Tuổi thọ hữu ích của chất hấp phụ: 20-80 ngày;

- Tiêu thụ sắt hàng năm: 4-16 tấn;

- Chi phí hoạt động hàng năm: $1000 - $4500

Lợi ích của phương pháp này là hoạt động đơn giản và hiệu quả, tuynhiên những hạn chế đáng kể của công nghệ này dẫn đến việc hạn chế sửdụng trong những năm gần đây Quá trình này đòi hỏi nhiều hoá chất; chi phíhoạt động cao; và một dòng thải liên tục của vật liệu thải được tích lũy Ngoài

ra, quá trình thay đổi bên ngoài quá tốn nhiều công lao động và có thể gâykhó khăn nếu nhiệt không được loại bỏ trong quá trình tái tạo Điều đáng quantâm nhất là việc xử lý an toàn các miếng oxit sắt đã qua sử dụng, trong một sốtrường hợp các vật liệu đã qua sử dụng có thể được coi là chất thải độc hại đòihỏi phương pháp xử lý đặc biệt Việc chôn lấp tại hiện trường vẫn được thựchiện, nhưng đã trở nên nguy hiểm hơn do sợ sự cần thiết phải khắc phục trongtương lai

Gần đây, vật liệu oxit sắt trở nên độc quyền, như:SO42-reat® Rite® và Media-G2®, đã được đưa ra như là những lựa chọn thay thế tốt hơncho miếng oxit sắt Đặc tính của chất hấp thụ sử dụng đã trở thành yếu tốquan trọng trong việc đánh giá tính bền vững về công nghệ và kỹ thuật củacác công nghệ này Thực tế, đối với các ứng dụng vừa và nhỏ (trang trại vàbãi chôn lấp) chi phí liên quan đến việc xử lý cuối cùng chất hấp thụ đã tiêuhao có thể xác định tính khả thi của dự án đầu tư Từ quan điểm khoa họcthuần túy, tất cả các chất hấp phụ này đều có chứa sắt, S0 và sulfua S0 khôngđược cố định trong mạng lưới chất hấp phụ, trong khi quặng S2- sắt có thể làbột hoặc hạt tự do gắn với mạng lưới chất hấp phụ

Sulphur-b Than hoạt tính (AC) và AC pha tạp

Có ba loại AC cơ bản: Cacbon hoạt tính xúc tác (có thể tái sinh), cacbonhoạt tính và các cacbon không hoạt tính (ban đầu) Dưới đây là mô tả chi tiếtcho mỗi loại cacbon:

Các bon hoạt tính xúc tác:

Xúc tác AC được xử lý bằng urê hoặc một số hóa chất khác có chứanitơ (NH3) Các hóa chất này phản ứng với các vị trí trên bề mặt các hạt ACvà gắn thêm các nhóm chức của nitơ Các nguyên tử cacbon có thể tái sinh

Thực tế điều này không khả thi do lượng nước sử dụng rất lớn và tạo dòngaxit tạo ra trong quá trình tái sinh Chất xúc tác AC hoạt tính có tải trọng H2Skhoảng 0,10g/g AC (phương pháp thử ASTM D-6646).

Cácbon hoạt tính

AC là những chất mà một chất hóa học rắn hoặc lỏng được trộn vớichất nền cacbon trước, trong, hoặc sau khi kích hoạt Các hóa chất được sửdụng là natri bicarbonate (NaHCO3), natri cacbonat (Na2CO3), natri hydroxit(NaOH), kali hydroxit (KOH), kali iodua (KI), và kali permanganat (KMnO4).Đôi khi cũng sử dụng hỗn hợp của các hóa chất này Tải trọng H2S điển hìnhcho quá trình xử lý bằng AC là 0,15 g/g AC Các nguyên tử cacbon được táisinh bằng cách ứng dụng cơ học mạnh Sự tái tạo như vậy khá rườm rà đối vớicác ứng dụng nhỏ và có thể tạo ra lượng chất hấp phụ đã sử dụng được xếpvào nhóm chất thải nguy hại

Cácbon không hoạt tính:

AC không hoạt tính được sử dụng để loại bỏ H2S có tải trọng khoảng0,02g/g AC Norit giới thiệu sản phẩm DARCO® H2S có tải trọng xử lý H2Slà 0,2g/g AC DARCO® H2S có chi phí giống như AC không hoạt tính khácdùng cho việc xử lý H2S và có khả năng chịu tải gấp 4-10 lần

Cácbon được biết đến như là các chất hấp phụ rất cụ thể để loại bỏ các hợpchất hữu cơ dễ bay hơi từ các dòng thải công nghiệp Năm 2005, Dabrowskivà cộng sự đã công bố một nghiên cứu đánh giá về AC được triển khai để loại

bỏ các hợp chất phenolic, nghiên cứu này cũng cung cấp các phương phápchuẩn bị AC và các tính chất, đặc tính hóa lý của chúng Do ái lực tương đốithấp đối với H2S nên việc sử dụng AC trong việc loại bỏ H2S bị hạn chế Năm

1999, Abid và cộng sự cho thấy độ pH có vai trò quan trọng đối với khả nănghấp phụ và sự phân bố của sản phẩm Do đó, khi bề mặt cacbon mang tínhaxit cao S bị ôxy hóa mạnh tạo ra nhiều sản phẩm tan trong nước và ít Snguyên tố, nhưng tổng dung tích hấp thụ sẽ giảm xuống khi độ axit tăng lên

Chỉ một sự gia tăng nhẹ pH trung bình cũng dẫn đến năng suất tăng hơn 15lần do sự hấp phụ các ion hydro sunfua và sự ôxy hóa của chúng, chỉ giảmmột phần ba sản lượng lưu huỳnh hòa tan trong nước Ngoài ra còn có các sảnphẩm bổ sung từ cùng một nhóm trên hai chuỗi cacbon (vỏ dừa và nguồn gốcthan đá) Trong khi ở các giá trị pH trên 5 khả năng hấp thụ H2S được coi làđáng kể, trong điều kiện môi trường axit mạnh hơn sẽ làm giảm sự phân lycủa H2S và gây hạn chế quá trình hấp phụ Hiệu suất giảm đáng kể khi sốnhóm axit vượt quá ngưỡng 0,85 meq/g cacbon.

Tuy nhiên, khi AC được xử lý (tức là thông qua việc hoạt hóa) với chứcnăng axit hoặc kiềm, chúng sẽ trở thành các chất hấp phụ H2S tốt Năm 2002,Bandosz xuất bản một nghiên cứu khá toàn diện về vấn đề này Tác giả đã sửdụng AC từ nhiều nguồn khác nhau và cho thấy hiệu suất AC trong việc hấpphụ H2S phụ thuộc vào sự kết hợp của tính chất hóa học bề mặt và độ rỗngcủa cấu trúc AC Môi trường bề mặt có tính axit sẽ đẩy quá trình ôxy hóa H2Slên SO2 và H2SO4 nhưng hiệu suất xử lý không cao, trong khi môi trườngkiềm do tạo ra sự chuyển đổi H2S thành S0 và đạt hiệu quả xử lý cao hơn.Cũng như chất hấp thụ sắt, nồng độ nước bề mặt cũng đóng một vai trò tíchcực trong hiệu quả loại bỏ H2S Năm 2006, Seredych và Bandosz cho thấyhoạt động của AC xúc tác trong việc loại bỏ H2S từ khí thải phụ thuộc vàotrạng thái nước có trong hệ thống Năng suất tốt nhất thu được khi làm ẩmchất hấp phụ trước và hỗn hợp khí phải không chứa nước Tuy nhiên, điều nàykhông thực tế khi AC được sử dụng để loại bỏ H2S trong khí biogas đã hoặcgần như bão hòa nước Nguyên nhân là do nước trong biogas sẽ phản ứng với

CO2 tạo thành cacbonat và góp phần tạo thành acit sulfuric gây ra mất các vịtrí xúc tác cơ bản và làm giảm khả năng xúc tác Khi chất xúc tác có cấu trúcgiống như khoáng chất của sắt và canxi thì hiệu suất không bị ảnh hưởngnhiều bởi cacbonat

AC có nguồn gốc từ gỗ với độ ẩm môi trường thường là 80% mang lạikhả năng hấp phụ tốt hơn (kiểm nghiệm ở giới hạn nồng độ H2S là 500 ppmv)

do đặc tính bề mặt tốt hơn Bằng phép tiêu chuẩn ASTM D6646-01 thu đượcgần 300 mg H2S/g AC Nghiên cứu này đã kiểm tra tính chất hóa học của bềmặt AC và các cơ chế đề xuất giải thích các kết quả quan sát được Các cơ chếcho thấy hạn chế tốc độ của hiện tượng loại bỏ H2S là do phản ứng bề mặt của

HS với gốc O* Điều này có nghĩa là [HS-]lỏng có nguồn gốc từ phản ứngphân ly H2S Các tính toán cho thấy để đạt được hiệu quả loại bỏ H2S thì[HS-] phải cao hơn [H2S]khí và điều này chỉ có thể xảy ra ở độ pH lý thuyếttrên 4,2 Các thí nghiệm cho thấy ngưỡng này là 4,5 Bandosz kết luận rằng

độ pH (được tính theo quy trình ASTM D3838) phải cao hơn 5 để có hiệu suất

xử lý H2S tốt nhất Thí nghiệm tái sinh được thực hiện bằng cách rửa nướchoặc xử lý nhiệt AC thu hồi lại chỉ đạt hiệu suất 40%

Năm 2002, Bagreev và Bandosz đã kiểm tra vai trò của việc tẩm NaOHtrên nhiều loại AC Bốn loại than hoạt tính có nguồn gốc khác nhau được tẩmvới nồng độ NaOH khác nhau và được sử dụng làm chất hấp phụ H2S trongcác thí nghiệm gia tốc Kết quả cho thấy, với việc tăng nồng độ NaOH làmcông suất loại bỏ H2S tăng lên 4-5 lần cho đến khi đạt đến công suất tối đa thìnồng độ NaOH là 10% Dung tích này trên một đơn vị thể tích của cacbon lànhư nhau đối với tất cả cacbon và không phụ thuộc vào cấu trúc lỗ và diệntích bề mặt của chúng Hoạt tính cụ thể cho mỗi đơn vị diện tích bề mặt cũnggiống nhau cho tất cả các vật liệu nghiên cứu, bao gồm cả alumina hoạt tính.Điều này cho thấy lượng NaOH hiện diện trên bề mặt là một yếu tố hạn chếcho khả năng hoạt tính Bằng cách tăng giá trị pH của cacbon, sodiumhydroxide làm tăng nồng độ ion HS- Các ion này có thể được ôxy hoá tiếp đểtạo thành lưu huỳnh nguyên tố hoặc axit sulfuric bằng cách thay đổi các giá trị

pH bề mặt Các phản ứng diễn ra cho đến khi NaOH phản ứng với H2SO4

hoặc CO2 (một sản phẩm của các phản ứng bề mặt hoặc khí có trong khíquyển) và môi trường cơ bản không còn được duy trì nữa

c Sử dụng các chất hấp phụ có nguồn gốc từ bùn

Bùn từ hoạt động sinh học là hỗn hợp khá phức tạp của chất hữu cơ và

vô cơ Khả năng hấp phụ khí H2S từ các dòng mới chỉ được nghiên cứu bởi sốlượng rất hạn chế Năm 2004, Bagreev và Bandosz đã thử nghiệm khả nănghấp phụ các hỗn hợp phân huỷ của phân bón có chứa bùn thải và dầu khoángđã qua sử dụng Quá trình nhiệt phân được thực hiện trong môi trường N2 ởnhiệt độ từ 600°C và 950°C Các sản phẩm tạo thành có bề mặt kiềm Khảnăng hấp phụ được tính bằng hiệu suất loại bỏ H2S Các thí nghiệm này đượctiến hành với độ ẩm không khí 80% chứa 3000 ppmv H2S trong cột hấp phụvà tốc độ dòng chảy 0,5l/phút Giới hạn xử lý H2S thoát ra là 500 ppmv Hiệusuất xử lý tốt nhất là 0,115g H2S/g chất hấp phụ) thu được với các mẫu ở950°C Trong những điều kiện này độ rộng các lỗ mau quản trong phạm vi0,7nm và mao dẫn (1-10 nm) tăng lên do sự phân hủy các muối vô cơ và oxitvới sự sản xuất đồng thời O2 hoạt động như một lỗ rỗng Ngoài ra trong điềukiện tương tự, khối lượng của các lỗ lớn hơn sẽ giảm, nguyên nhân là do sựthay đổi vật chất của các chất vô cơ (nóng chảy) Cơ chế hấp phụ là rất phứctạp với sự tồn tại của nhiều vị trí hoạt động

Nghiên cứu này cho thấy các chất hấp phụ mới này có thể thay thế phầnlớn kỹ thuật AC không hoạt tính Hiệu quả của chúng gần với chất hấp phụ sắtnhưng ít hiệu quả hơn so với AC đã hoạt tính Chi phí sản xuất chất hấp phụ

có nguồn gốc từ bùn chưa được biết đến do vẫn đang trong giai đoạn nghiêncứu và cho đến nay vẫn chưa có kết quả thương mại hoá nào Vấn đề đángquan tâm là ảnh hưởng của bùn thải và nguồn dầu khoáng đến tính chất củasản phẩm cuối cùng do chứa hàm lượng kim loại nặng cần phải loại bỏ đểđảm bảo sản phẩm đạt chất lượng ổn định trong dây chuyền sản xuất thươngmại

Sử dụng bùn cặn tẩm khoáng dầu đã qua sử dụng làm chất hấp phụ H2Sđã được tác giả Kante và cộng sự khảo sát Kết quả cho thấy tầm quan trọngcủa pha cacbon mới chất dầu ban đầu Giai đoạn này cung cấp mesoporosity,làm tăng mức độ phân tán của giai đoạn xúc tác và không gian để lưu trữ các

sản phẩm phản ứng bề mặt Các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy chất hấpthụ thu được ở điều kiện nhiệt độ 950°C hoạt động mạnh hơn trong quá trìnhôxy hóa hydrogen sulfide so với chất hấp thụ thu được ở nhiệt độ thấp hơn(650°C) Hơn nữa, xử lý nhiệt lâu hơn cũng có lợi cho sự phát triển của tínhchất xúc tác bề mặt Nhiệt độ phân giải cao làm ổn định pha cacbon thông qua

sự tăng mức độ aromat hóa và cung cấp các tác nhân kích hoạt cho giai đoạnnày từ sự phân hủy và sắp xếp lại của pha vô cơ

1.3.2 Các phương pháp loại bỏ siloxan

Tùy thuộc vào quá trình xử lý yếm khí sinh khí sinh học mà có khísiloxan hay không Thường thì các quá trình xử lý yếm khí bùn thải và tại cácbãi chôn lấp chất thải có sự xuất hiện của tạp chất siloxan, thành phần nàykhông phân hủy mà bay hơi đáng kể và được chuyển sang khí biogas Tronggiới hạn của đề tài, khí sinh học phát sinh trong từ quá trình lên men yếm khícủa bùn vi sinh tại hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất Tuy nhiên, tácgiả cũng giới thiệu thêm các phương pháp loại bỏ siloxan phổ biến hiện nay.Vấn đề chính với siloxan trong khí sinh học là tạo ra silica vi tinh thể (MCS)khi biogas được sử dụng làm năng lượng (trong quá trình đốt) MCS có cáctính chất thủy tinh và gây nhiễm bẩn các bề mặt kim loại dẫn đến mài mòn,khiến các tia lửa hoạt động kém, gây quá nhiệt các bộ phận nhạy cảm củađộng cơ do lớp phủ và gây ra sự suy giảm chung của tất cả các bộ phận cơkhí Đáng chú ý là biogas sinh ra từ quá trình lên men yếm khí phân chuồngtại các trang trại không chứa loại chất này Do đó, vấn đề chỉ liên quan đếnkhí sinh học sinh ra từ hoạt động chôn lấp rác thải hoặc phân ủ Cách khắcphục vấn đề này là thông qua việc loại bỏ siloxan ra khỏi hỗn hợp khí trướckhi sử dụng, có bốn kỹ thuật để loại bỏ siloxan bao gồm:

(a) Loại bỏ siloxan bằng quá trình hấp thụ với chất lỏng

Cơ chế tách được thực hiện bằng cách cắt đứt liên kết Si-O khi được xúctác bằng các axit hoặc kiềm mạnh Sử dụng dung dịch kiềm có nhược điểm làxảy ra phản ứng với CO2, do đó làm tăng đáng kể lượng tiêu thụ và tăng chi

phí Các axit HNO3, H2SO4 và H3PO4 được sử dụng ở nhiệt độ tương đối cao(khoảng 60°C) Axit H3PO4 được chứng minh là không có hiệu quả Sử dụngHNO3 có nồng độ cao (33%) thì hiệu suất loại bỏ siloxan thấp hơn 75%, trongkhi sử dụng H2SO4 thì hiệu suất loại bỏ gần như hoàn toàn là 100% siloxanchỉ với nồng độ axit là 50% ở nhiệt độ 60°C Hơn nữa, do phản ứng sử dụngcác cột tiếp xúc lỏng và khí nén với vận tốc tương đối cao để bảo đảm bề mặtvà hệ số truyền tải khối lượng cao nên sự có mặt của các giọt axit trong phakhí sẽ rất đáng kể Các kết quả này chứng minh quá trình này xảy ra rất mạnh

do tính axit cực kỳ cao và tính khả thi về mặt kinh tế, kỹ thuật là vấn đề cầnquan tâm khi ứng dụng trong thực tiễn

(b) Loại bỏ siloxan bằng hấp phụ than hoạt tính (AC), màng phân tử

alumina, silicagel (SG) hoặc các hạt polymer

Trong cùng lĩnh vực nghiên cứu các tác giả đã khảo sát các kỹ thuật loại

bỏ siloxan khác nhau với các chất hấp phụ rắn Họ đã sử dụng hai loạipolyme: màng phân tử (zeolit 13X) SG, và 2 chất hấp phụ dựa trên AC (thanhoạt tính và Carbopack B) Các thí nghiệm được thực hiện như sau : cho 0,5gmỗi chất hấp phụ tiếp xúc với 5mg các loại siloxan khác nhau Sau đómộtbình cố định chứa 0,5g chất hấp phụ được cho tiếp xúc với dòng N2 với vậntốc 200 ml/phút chứa 1,2mg siloxan/Nm3 trong 2 phút Giá trị đo được là khảnăng loại bỏ siloxan tương ứng với khối lượng siloxan có ảnh hưởng, các kếtluận chính cho hiệu quả xử lý như sau:

- Khả năng hấp phụ chủ yếu phụ thuộc vào loại siloxan, nghĩa là trong mọitrường hợp D5 siloxan (decamethyl cyclopentasiloxan) hấp thụ tốt hơn L2siloxan (hexamethyldisiloxan) Do vậy thành phần siloxan phải được xem xétnghiêm túc;

- Một số siloxan (giống như D5) hấp phụ rất tốt trong tất cả các quá trình hấp phụ được kiểm tra;

- SG là chất hấp thụ hiệu quả nhất nhưng cần điều kiện khí khô Trên thực tế,khí có độ ẩm 30% RH làm giảm hiệu quả hấp phụ của SG, hiệu suất chỉ đạt