KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HOA CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HYDRO TỪ BÙN ÉP VỚI BỂ UASB NHÓM 12 TỔNG QUAN VỀ HYDRO BỂ UASB SẢN XUẤT HYDRO VỚI BỂ UASB VỚI NGUYÊN LIỆU BÙN ÉP  PHẦN I:GIỚI THIỆU VỀ HYDRO Hydrogen (Trước gọi khinh khí) Ở điều kiện thường, nguyên tử hydro kết hợp với tạo thành phân tử gồm hai nguyên tử H2 (Ở nhiệt độ cao, trình ngược lại xảy ra.) • • • Là chất khí điều kiện thường, không màu, không mùi, độc tính Khí hydro nhẹ không khí, tan nước Trên thực tế, Hydrogen khí đơn giản thành phần chủ yếu vũ trụ (chiếm đến 90%) Trên trái đất, hydrogen tồn chủ yếu dạng hợp chất với oxygen H 2O  • • LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Năm 1671, Robert Boyle phát miêu tả phản ứng sắt axit loãng sinh khí hydro Năm 1766, Hiđrô lần Henry Cavendish phát chất riêng biệt, đặt tên khí từ phản ứng kim loại-axit "khí cháy" • • Năm 1783, Antoine Lavoisier đặt tên cho nguyên tố chứng tỏ nước tạo từ hidro Oxi Năm 1898 Hydro hóa lỏng lần James Dewar cách sử dụng phận làm lạnh phát minh ống phích nước • Năm 1819 Edward Daniel Clarke phát minh ống xì hàn hydro Đèn Döbereiner đèn sân khấu phát minh năm 1823 • • Năm 1783 Một ứng dụng khinh khí cầu, Jacques Charles phát minh Năm1852 Hydro tạo lực nâng cho dạng du hành không  ỨNG DỤNG CỦA KHÍ HYDRO • Nhiên liệu khí đốt: Có thể thay khí thiên nhiên, nhiên liệu cho nhiệt cao, không tạo khí thải độc hại • Pin nhiên liệu: Là công nghệ phát triển cho phép thu lượng lớn điện năng, vận hành nhiệt độ thấp, nhiên liệu cho tương lai • Dử dụng công nghiệp chế biến: lọc dầu, hóa dầu, luyện kim • Dùng công nghiệp vũ trụ: Do tỷ trọng nhẹ lượng cao nên dùng làm nguyên liệu cho tên lửa • Thị trường thương mại cần lượng lớn hydrogen để sản xuất phân bón hydro hóa chất béo dầu • Hydrogen lỏng có tầm quan trọng ngành nhiệt lạnh nghiên cứu siêu dẫn  o SẢN XUẤT KHÍ HYDRO Sản xuất phương pháp hoá học CH4 + H2O C + H2O CO + H2 o ( nhiệt 1000 -1100 C) Ni/Al2o3 3H2 +CO  o • SẢN XUẤT KHÍ HYDRO Sản xuất phương pháp sinh học Sử dụng sinh khối Sinh khối (Biomass) gồm: • • • Các nông nghiệp: gỗ mùn cưa Phế thải động vật, thực vật nước Phần hữu phế thải sinh hoạt công nghiệp  o SẢN XUẤT KHÍ HYDRO Sản xuất phương pháp sinh học • • • Sử dụng tảo xanh • Về mặt lý thuyết, hydro Các vi khuẩn sản xuất hydro có sử sản xuất theo dụng tài nguyên vô tận phương trình quang hợp - nước lượng Trong phương pháp mặt trời phải có nước, ánh sáng mặt trời tảo xanh • Quang hợp diễn sắc tố protein tảo xanh • • Các nhà lý sinh học trường MGU sử dụng mẫu tảo xanh có tỷ lệ hô hấp cao nhiều Nhờ đạt hiệu cao – khối lượng sản xuất hydro gia tăng gấp 4-5 lần so với loài tảo thông thường  SẢN XUẤT KHÍ HYDRO Như đề cập có nhiều phương pháp sinh khí hydro, phương pháp có ưu nhược điểm định, công nghệ phức tạp khác Và nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện công nghệ tốt để sản xuất hydro với giá rẻ PHẦN II: BỂ UASB  GIỚI THIỆU BỂ UASB UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) bể kỵ khí, với dòng nước chuyển động thẳng đứng từ lên qua lớp đệm bùn bao gồm sinh khối hình thành dạng hạt nhỏ hay hạt lớn (giải pháp cho phép nước thải tiếp xúc với hạt bùn) Các khí sinh trình thủy phân lại nguyên nhân tạo nên chuyển động bên đệm bùn • UASB (Upflow anearobic sludge blanket) UASB thiết kế cho chất có nồng độ chất hữu cao thành phần chất rắn thấp Nồng độ COD đầu vào giới hạn mức 100mg/l, SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý UASB  • • GIỚI THIỆU BỂ UASB UASB nghiên cứu phát • Sau đó, công nghệ • Bể UASB xây dựng triển vào cuối năm 1970 nhanh chóng phát triển ứng bêtông cốt thép, thường xây dựng Tiến sĩ Gatze Lettinga dụng quy mô lớn XLNT hình chữ nhật đồng nghiệp trường đại học nhà máy đường, chế biến tinh bột Wageningen (Hà Lan) khoai tây, ngành công người ta lắp thêm chắn khí có độ nghiệp thực phẩm khác nghiêng >= 35 độ so với phương Lúc đầu công nghệ UASB nhà máy tái chế giấy khắp ngang.Hệ thống máng thu nước sau xây dựng thí điểm để xử lý nước đất nước Hà Lan cuối năm xử lý hệ thống tách thu khí Nhiệt độ 1970 cao hiệu xử lí bể Năm 1980, công nghệ UASB UASB cao, bể áp công bố ứng dụng rộng rãi dụng tốt Việt Nam thải nhà máy sản xuất đường từ củ cải Hà Lan • toàn giới • Để dễ tách khí khỏi nước thải Phương pháp dựa chế hoạt động vi sinh vật phát triển môi trường oxy để phân hủy chất hữu nước thải Các vi sinh vật sử dụng chất hữu số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng tạo lượng, xây dựng tế bào, sinh trưởng sinh sản nên sinh khối chúng tăng lên (làm giảm COD, BOD nước thải.) Bể UASB  ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BỂ UASB Ưu điểm: Nhược điểm: • • • • Giảm lượng bùn sinh học, giảm chi phí xử lí bùn Xử lí hàm lượng chất hữu cao, điều thực bể Bể UASB chịu tải trọng cao, nên giảm thể tích bể Không tốn lượng cho việc cấp khí bể xử lí sinh học kị khí • • Tiết kiểm diện tích kinh phí đầu tư Bùn kỵ khí hồi phục hoạt động sau thời gian ngưng hoạt động nên hoạt động theo mùa Lượng khí sinh không ổn định Nước phân bố vào từ đáy bể ngược lên qua lớp bùn sinh học có mật độ vi khuẩn cao Xử lí chất độc hại, chất hữu khó phân hủy tốt Khả chịu sốc cao tải lượng lớn Ít tốn diện tích Hiệu xử lí không ổn định trinh sinh học xảy tự nhiên nên can thiệp sâu vào hệ thống sinh học hiếu khí hay áp dụng bể đặc biệt Aerotank cao tải • • • • • • Khởi động lâu, Nuôi cấy bùn kỵ khí khó thời gian thích nghi lâu (3-4 tháng) • Khí thu trình thu qua phễu tách khí lắp đặt phía Cần có hướng dòng để thu khí tập trung vào phễu không qua ngăn lắng • Để tạo bề rộng cần thiết cần có cột chặn nước 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 thí nghiệm nghiên cứu trình khởi động bể UASB dùng cho sản xuất biohydrogen trình lên men kỵ khí bùn ép  GIỚI THIỆU VỀ NGHIÊN CỨU Công nghệ sinh học sản xuất hydro gây ý rộng rãi toàn giới trình thân thiện với môi trường Hiện nay, nhiều nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng loại tảo vi khuẩn phototropic Tuy nhiên, hiệu sản xuất hydro vi sinh vật phototropic thấp hoạt động liên tục ánh sáng Ngược lại, vi khuẩn lên men kỵ khí sản xuất hydro liên tục mà không cần lượng So với vi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lên men sản xuất hydro tốn chi phí thấp chúng không cần phải cung cấp ánh sáng yêu cầu cho tăng trưởng vi sinh vật đơn giản  GIỚI THIỆU VỀ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu sử dụng bể xử lý kỵ khí (UASB): bể UASB hệ thống xử lý kỵ khí áp dụng rộng rãi với tính hiệu cao thời gian lưu nước ngắn (HRT) Gần đây, hệ thống sản xuất hydro UASB sử dụng Một điểm thu hút công nghệ sản xuất hydro sinh học kỵ khí tập trung lượng lớn nước thải hữu sinh khối, chất thải rắn sinh hoạt, bùn cống, sử dụng nguyên liệu, giải tình trạng ô nhiễm đồng thời sản xuất hydro Việc sử dụng bùn thải làm nguồn bùn giống để sản xuất hydro hệ thống UASB khả thi  NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG o Thiết bị hệ thống bioreactor Sản xuất biohydrogen nghiên cứu sử dụng bể UASB Quy mô phòng thí nghiệm gồm bể UASB phản ứng có cột bên đường kính 10 cm, chiều cao 190 cm (H/D> 10), với đầu tách khí lỏng có đường kính 20 cm chiều cao 20 cm, có cổng thải 15 cm HRT dựa khối lượng chất lỏng cho vào thải 20L, cổng lấy mẫu cố định toàn chiều cao cột Tổng mức sinh khối reactor giữ mức khoảng 1/3 chiều cao cột nghĩa khoảng 70cm Các lò phản ứng vận hành chế độ chảy liên tục Nhiệt độ giữ điều kiện môi trường xung quanh pH giữ phạm vi 5.5-6 cách bổ sung HCL NaOH nồng độ 0,1N tỷ lệ lưu lượng điều khiển máy bơm peritaltic để trì liên tục HRT 30 h  NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG o Giống vi sinh vật Giống vi sinh vật lấy từ bùn thải nuôi phân bò phân hủy Bùn thải có chứa nhiều loại vi thực vật sản xuất biohydrogen bị ức chế tăng trưởng nguồn tốt để trở thành bùn giống dùng sản xuất hydrogen Phân bò trộn với nước tỷ lệ 1: phân hủy kỵ khí vòng 30 ngày cách điều chỉnh độ pH khoảng 5-6, hàng loạt việc bổ sung chất dinh dưỡng Sau hạt giống phân bò lọc với lưới (0,5 mm) để loại bỏ xơ Phân bò nước thải trộn (4: 1) đun nóng 70 c h để ức chế sinh vật sản sinh metan đưa vào lò phản ứng  NGUYÊN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ SỬ DỤNG o Chất Trong nghiên cứu này, bùn ép, loại chất thải rắn hữu ngành công nghiệp mía đường dùng làm chất lần đầu đánh giá tính khả thi việc sản xuất biohydrogen Bùn ép, loại bã bán rắn từ ngành công nghiệp mía đường, sản phẩm phụ thu từ nước mía Nó có tính axit, dạng sợi, ăn mòn nhẹ chất thải hữu có tính phân hủy sinh học Lên men vi khuẩn đòi hỏi chất glucose và/hoặc sucrose để có lượng cho tăng trưởng trì, tạo nhiều sản phẩm phụ trung gian axit hữu cơ, cồn hydro suốt trình trao đổi chất Bùn ép có 3% đường  TIẾN HÀNH Thí nghiệm tiến hành để nghiên cứu sản xuất biohydrogen cách trộn bùn ép với nước, quy mô thí nghiệm dòng chảy UASB liên tục HRT 30 qua khoảng thời gian 120 ngày để nghiên cứu trình khởi động Bùn ép chất xơ bơm tốc độ dòng chảy thấp, làm nghẹt ống máy bơm Do bùn định ngâm nước tỷ lệ 1: 7,5 (4 kg bùn với 30 lít nước) giờ, lọc qua lưới thép có đường kính 0,5 mm để loại bỏ vật liệu xơ Trong trình khởi động, 10 ngày, nồng độ thức ăn pha loãng (1: 10) phép giống thích nghi với chất Dịch lọc đưa vào bồn chứa thức ăn chăn nuôi gắn với máy khuấy học, khuấy thức ăn thường xuyên phút lần khoảng thời gian 20 phút (điều hành đếm thời gian điện tử) để ngăn chặn việc lắng xuống hạt rắn bể  KẾT QUẢ Đã tìm thấy lượng lớn sản phẩm trung gian có tính acid sản xuất vi sinh vật kỵ khí Do đó, vi khuẩn lên men chủng aciduric chịu sản phẩm có tính axit pH thấp cần thiết để giữ cho hiệu suất sản xuất Hydro Để phát triển vi khuẩn lên men aciduric, lò phản ứng pH cần trì mức khoảng 5,5 cách điều chỉnh pH nguyên liệu phạm vi 5-6 Thông thường, vi khuẩn chịu acid lên men phát triển tốt sau nuôi cấy 40 ngày Độ pH lò phản ứng giảm 6,5-5,5 giai đoạn khởi động, sản xuất VFA, sản xuất khí sinh học, suất hydro suất hydro hiệu khử COD tăng dần theo thời gian Khi sản biohydrogen bắt đầu vào ngày thứ 29, có suất không ổn định ngày thứ 76 Sản phẩm biohydrogen gia tăng sau 75 ngày Những kết cho thấy bùn ép lên men kỵ khí bể phản ứng UASB sản xuất hydro ổn định  MÔ HÌNH ÁP DỤNG VÀO CÔNG NGHIỆP ... TỔNG QUAN VỀ HYDRO BỂ UASB SẢN XUẤT HYDRO VỚI BỂ UASB VỚI NGUYÊN LIỆU BÙN ÉP  PHẦN I:GIỚI THIỆU VỀ HYDRO Hydrogen (Trước gọi khinh khí) Ở điều kiện thường, nguyên tử hydro kết hợp với tạo thành... thiện công nghệ tốt để sản xuất hydro với giá rẻ PHẦN II: BỂ UASB  GIỚI THIỆU BỂ UASB UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) bể kỵ khí, với dòng nước chuyển động thẳng đứng từ lên qua lớp đệm bùn. .. khởi động bể UASB dùng cho sản xuất biohydrogen trình lên men kỵ khí bùn ép  GIỚI THIỆU VỀ NGHIÊN CỨU Công nghệ sinh học sản xuất hydro gây ý rộng rãi toàn giới trình thân thiện với môi trường