Cnshmt. công nghệ sinh học môi trường PDF

Preview

Summary

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒNBÀI TIỂU LUẬN MÔNCÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNGCHỦ ĐỀ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC(BIOGAS)Tên sv: Nguyễn Thị Minh TrangMã số sv: 3120341033Mã học phần: 834402MỤC LỤC I. Mở đầu II. Biogas Khí biogas là gì? Nguyên liệu sản xuất khí biogas: Ứng dụng của khí biogas: a. Trong môi trường: b....

Description

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN BÀI TIỂU LUẬN MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG CHỦ ĐỀ SẢN XUẤT KHÍ SINH HỌC (BIOGAS) Tên sv: Nguyễn Thị Minh Trang Mã số sv: 3120341033 Mã học phần: 834402

MỤC LỤC I. Mở đầu .............................................................................................. 3 II. Biogas................................................................................................ 4 1) Khí biogas là gì? ............................................................................. 4 2) Nguyên liệu sản xuất khí biogas: .................................................... 5 3) Ứng dụng của khí biogas: ............................................................... 6 a. Trong môi trường: ........................................................................ 6 b. Về năng lượng:............................................................................. 6 c. Trong nông nghiệp: ...................................................................... 8 d. Những ứng dụng khác của khí biogas: ......................................... 8 4) Lợi ích của biogas mang lại: ........................................................... 8 III. Quy trình sản xuất khí biogas và các công nghệ biogas phát triển ở Việt Nam: ............................................................................................... 9 Sản xuất khí biogas đơn giản và xử lý chất thải chăn nuôi bằng túi ủ biogas: ................................................................................................ 12 Công nghệ biogas phát triển ở Việt Nam: ........................................ 14 IV. Kết luận ........................................................................................15 Tài liệu tham khảo ................................................................................17

2

I.

Mở đầu

-Khí Biogas là một nguồn năng lượng phổ biến trong đời sống. Khác với những nguồn năng lượng phổ biến như gió, nước, mặt trời,… thì nguồn năng lượng sinh khối cũng là một nguồn năng lượng nhiều tiềm năng. -Khí sinh học hay còn được gọi là khí Biogas, là một thứ khá quen thuộc với đời sống hiện nay tuy nhiên cũng có nhiều người vẫn không biết nhiều về nó. Cấu tạo, cơ chế hình thanh loại khí này ra sao không phải ai cũng biết. Vậy nên mục đích làm bài này sẽ giúp mọi người có thể hiểu rõ hơn về loại khí Biogas.

3

II. Biogas 1) Khí biogas là gì? -Biogas hay còn gọi là khí sinh học: Là hỗn hợp của khí methane (CH4) và một số khí khác phát sinh từ sự phân huỷ các vật chất hữu cơ. Methane cũng là một khí tạo ra hiệu ứng nhà kính gấp 21 lần hơn khí cacbonic (CO2). Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí cacbonic hàng năm, tương đương với số lượng 90 triệu xe dùng trong một năm.

-Thành phần chính của Biogas là CH4 (50¸60%) và CO2 (»30%) còn lại là các chất khác như hơi nước N2, O2, H2S, CO … được thuỷ phân trong môi trường yếm khí, xúc tác nhờ nhiệt độ từ 20 -40 oC, Nhiệt trị thấp của CH4 là 1012 Btu/ft3 (37,71.103KJ/m3) do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng vì 4

có thể tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas.

2) Nguyên liệu sản xuất khí biogas: -Theo các nhà khoa học, biogas là năng lượng tái sinh nhận được từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí. Vì vậy nên rác thải sinh hoạt, các chất thải của quá trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, xử lý nước... là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biogas. -Có 3 loại nguồn cung cấp chính cho sản xuất biogas: +Phân bón từ các trang trại chăn nuôi. +Rừng và chất thải nông nghiệp (gỗ, mùn cưa, vỏ trấu, rơm rạ). +Các chất hữu cơ từ rác thải sinh hoạt.

Sơ đồ hoạt động nguyên lý hầm biogas

5

3) Ứng dụng của khí biogas: a. Trong môi trường: cho chuồng trại sạch sẽ hơn. • Giảm một số bệnh như giun sán, truyền nhiễm vì chất thải được xử lí. • Mùi hôi thối do phân và nước thải được khử bớt. • Giảm bớt được tình trạng chặt phá rừng để lấy củi đun. • Hạn chế được thiên tai và hiệu ứng nhà kính ( nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kính là do khí metan và khí cacbonic). • Làm

b. Về năng lượng: Hiện nay thì biogas được coi là nguồn năng lượng sạch, giá trị cao và có thể phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau:

✓

-Đun nấu: sử dụng khí biogas phục vụ cho việc nội trợ, trong sinh hoạt hằng ngày.

6

✓

-Thắp sáng.

Đèn biogas ✓ ✓

Chạy động cơ đốt trong: có thể thay thế xăng và dầu diesel. Dùng chuyển hóa thành điện năng sử dụng trong sinh hoạt.

Máy phát điện bằng khí biogas.

7

c. Trong nông nghiệp: - Chất thải sau khí vào hầm một phần sẽ được chuyển hóa thành khí gas, còn một phần là nước thải và các chất cặn bã. Các chất cặn bã được sử dụng làm phân bón, nước thải có thể tưới trực tiếp cho rau giúp cho rau tươi tốt hơn.

d. Những ứng dụng khác của khí biogas: phần làm làm hiện đại hóa nông thôn và xây dựng mô hình nông thôn mới. • Đời sống sinh hoạt của bà con ngày càng hiện đại hơn, góp phần xây dựng một xã hội văn minh nói không với ô nhiễm môi trường.

• Góp

4) ✓ ✓ ✓

Lợi ích của biogas mang lại: -Giải quyết vấn đề chất đốt,lợi ích xã hội. -Kích thích sản xuất nông nghiệp. -Góp phần cải thiện sức khỏe cộng đồng,bảo vệ môi trường.

8

III.

Quy trình sản xuất khí biogas và các công nghệ biogas phát triển ở Việt Nam:

Quá trình hình thành khí trong hầm biogas trải qua ba giai đoạn với mỗi giai đoạn có sự có mặt của một chủng loại vi sinh vật khác nhau. 1. Giai đoạn thủy phân cơ chất. -Trong chất thải hữu cơ làm nguyên liệu lên men metan cũng gồm các thành phần chủ yếu hydratcacbon (chủ yếu là xenluloza, tinh bột) protein.lipit, ở giai đoạn này các thành phần nói trên bị phân hủy dưới tác động của men hydrolaza do vi sinh vật tiết ra để hình thành các hợp chất đơn giản hơn có thể tan trong nước (các đường đơn, các peptit, glyxerin. axit béo, axit amin,…v.v). Các vi sinh vật tham gia vào giai đoạn này là clostridium thermocellum chuyển xenluloza thành rượu etylic,hydro và CO2 chuyển xenluboza thành axit lactic, axit axetic. 2. Giai đoạn hình thành các axit hữu cơ. -Dưới tác động của các enzym vi sinh vật tiết ra thì các chất hữu cơ dễ tan chuyển thành các axit hữu cơ ( axit axetic, axit propionic. Axit butyric…) rượu etylic, rượu metylic, khí cacbonic, và hidro ở giai đoạn này chúng ta có thể gặp một số chủng loại vi khuẩn sống trong điều kiện vô cùng kỵ khí như là: bacteroides. suminicola, clostridium, bifido bacterium. 3. Giai đoạn hình thành metan. -Đây là giai đoạn quan trọng nhất vì nó là giai đoạn hình thành khí metan, dưới tác động của các vi khuẩn các axit hữu cơ và các hợp chất khác chuyển thành khí metan, cacbonic, oxy, nitơ hydro sunfua… các vi sinh vật tham gia vào quá trình này là metanobacterium thermoaceticum, methanosarcina barkeri… sự tạo thành metan có thểdiễn ra theo hai cách sau. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2OCH3COOH → CH4 + CO2 Các axit hữu cơ có phân tử lượng cao sẽ bị phân hủy và hình thành CH4 theo chuỗi phản ứng sau: R-COOH → R1COOH → CH3COOH → CH4 + CO2 Các vi sinh vật ưa ẩm hoạt động ở nhiệt độ tối ưu là 30 – 450C nhiệt độ tối ưu đối với các vi sinh vật chiệu nhiệt 50 – 550C pH thích hợp là 6,5- 8

9

• Cấu tạo hầm chứa biogas: -Cấu tạo hầm biogas composite gồm có 3 bể thông nhau,4 bộ phận rời được lắp ghép lại với nhau: 2 nắp bán cầu lớn ghép với nhau gọi là bể phân giải, 2 khối hình trụ là bể nạp và điều áp. 1. Cửa nạp của hầm biogas composite: Là nơi chứa vật liệu ủ và ngăn lên men. Để đưa vật liệu vào dễ dàng thì cửa nạp phải đủ rộng. Dùng nhựa Composite gắn cửa vào với ngăn lên men( đường kính phụ thuộc vào đường kính của hầm). Cửa này có tác dụng là: Đưa khí vào bếp sử dụng và có tác dụng là chứa, ủ nguyên liệu như phân từ chuồng trại chăn nuôi gia súc, gia cầm 2. Cửa ra của hầm biogas composite: Yêu cầu của cửa ra là phải đủ rộng để đưa các bã phân, nước thải đã phân hủy ra ngoài dễ dàng hơn.Dùng nhựa composite gắn bể phân giải với cửa ra có đường kính phụ thuộc vào kích thước của hầm biogas composite. Cửa ra có tác dụng là đưa khí vào bếp sử dụng và chứa chất thải, phân bã, nước thải ra ngoài. 3. Bể nạp và bể điều áp của hầm biogas composite: Hai bể này có tác dụng là duy trì áp lực trong hầm biogas composite luôn luôn ổn định, cả hai bể này đều tham gia quá trình điều áp. Như tính toán thì bể nạp và bể điều áp chiếm khoảng ¼ dung tích bể phân giải, bể có độ dày khoảng từ 3-5mm và được ghép với bể phân giải. Chính nhờ ưu điểm này nên có thể vận chuyển hầm 10

biogas dễ dàng hơn đến nơi lắp đặt tại các hộ gia đình ở vùng sâu vùng xa.

Cấu tạo của hầm biogas 11

4. Bể phân giải(ngăn ủ và ngăn chứa khí) của hầm biogas composite: Vì bể này được thiết kế theo dạng hình cầu, nên trong thực tế thì hai ngăn này là một. Nối cả hai cửa ra (bể nạp) và cửa ra(bể điều áp) để tạo nên dung tích 4m khối, 7m khối,9m khối. Bể phân giải sinh ra các khí và dự trữ lại. Dưới hầm là ngăn ủ phân, ở trên là phần trữ khí. Nguyên liệu được đưa vào ngăn ủ, thong qua hoạt động của các vi sinh vật sinh ra khí. Khí sinh ra sẽ thoát lên và được dữ lại ở trên hầm. Có thể nói đây là phần quan trọng nhất trong hệ thống hầm biogas composite.

Sản xuất khí biogas đơn giản và xử lý chất thải chăn nuôi bằng túi ủ biogas: -Chuẩn bị hố thu: Toàn bộ các loại chất thải và nước thải của trang trại chăn nuôi gà, heo, bò sẽ được hệ thống mương dẫn thu gom và chảy xuống hố thu. Hố được bố trí kiểu thu nước tĩnh, các hạn sạn, cát sẽ bị lắng xuống đáy và được loại bỏ ngay ra ngoài bằng máy bơm chìm. Từ hố thu, nước thải sẽ được chảy vào túi biogas.

-Túi biogas: Dưới tác động của chế phẩm vi sinh tốc độ cao, kết hợp với tác động của các loại vi sinh vật kị khí, nước thai sẽ bị lên men làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải chăn nuôi. -Lượng ô nhiễm này sẽ giảm đến mức phù hợp với tải trọng ở mức cho phép của hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi sau biogas, đồng thời sản sinh ra khí biogas sử dụng vào sản xuất, sinh hoạt. 12

-Lượng khí từ túi ủ biogas có lẫn nhiều loại khí như CH4, H2, H2S, CO2,… Sẽ được dẫn qua hệ thống tách nước và khử H2S nhằm thu lại khí metan CH4. Khí CH4 này sẽ được dẫn vào binh nén khí và khi đó có thể sử dụng trực tiếp.

* Ưu điểm của túi Biogas: - Xử lý phân gia súc, gia cầm thành những chất ít gây ô nhiễm môi trường hơn. - Diệt một số mầm bệnh. - Chất ở đầu ra có thể dùng bón cho cây trồng, nuôi cá sặc... - Cung cấp gas làm khí đốt có thể phục vụ cho việc nấu nướng hay mục đích sinh hoạt khác của bà con nông thôn. * Nhược điểm: - Chỉ phù hợp cho những hộ chăn nuôi với số lượng nhỏ. - Rất dễ hư hỏng do sự phá hoại của chuột, gia súc, gia cầm. - Tuổi thọ của túi tùy thuộc vào thời gian lão hóa của nguyên liệu làm túi.

13

Công nghệ biogas phát triển ở Việt Nam: Một trong những công nghệ mà cho đến hiện nay có thể phần nào đáp ứng được những yêu cầu về giải quyết chất thải chăn nuôi và làm cải thiện môi trường trong chăn nuôi đó là công nghệ khí sinh học, biogas. Biogas đã được các nhà khoa học trên thế giới thực hiện từ những năm 1930. Ở Việt Nam, Biogas được nghiên cứu và ứng dụng từ những năm đầu của thập niên 60 và bước đầu đã mang lại những kết quả khả quan. Danh sách các loại hầm Biogas phổ biến ở Việt Nam: • Hầm Biogas sử dụng bạt chống thấm HDPE • Hầm Biogas sử dụng Composite. • 3)Hầm Biogas làm bằng Betong. -Hiện nay trên địa bàn cả nước có khoảng 500.000 hầm phân hủy biogas, có quy mô dưới 10m3 của các hộ gia đình nông dân. Riêng chương trình Khí sinh học cho ngành chăn nuôi Việt Nam, do Chính phủ Hà Lan tài trợ, tính đến năm 2011 đã xây được 15.678 hầm biogas. Ước tính chỉ có chưa đến 100 hầm biogas thương mại, với dung tích khoàng 100-200m3 tại các trang trại nuôi lợn. Tuy nhiên toàn quốc có tới 17.000 trang trại lợn, nghĩa là mới đạt 0,3% trang trại có hầm biogas. Về công nghệ, hầu hết các hầm ủ nhỏ là loại hầm vòm cố định xây băng gạch hoặc đúc sẵn bằng composite tại các cơ sở chuyên nghiệp… Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có nhà máy sản xuất điện biogas nào được hòa lưới điện quốc gia.

Hầm biogas của một gia đình ở Bình Định 14

-Biogas hiện nay được sử dụng chủ yếu cho đun nấu và chiếu sáng ở quy mô hộ gia đình ở các khu vực nông thôn, rất ít nơi sử dụng biogas. Dự báo, nhu cầu sử dụng biogas cho đun nấu và chiếu sáng sẽ tăng cao tại các khu vực nông thôn. -Các chuyên gia chỉ ra rằng, nhu cầu tiềm năng ở Việt Nam sẽ là một hệ thống biogas tích hợp, bao gồm thu gom rác thải, các thiết bị sản xuất khí và máy phát điện hoặc thiết bị sản xuất phân bón. Hầu hết các khách hàng tiềm năng sẽ là các trang trại chăn nuôi lớn, các nhà máy chế biến nông sản như sắn, đường và các công ty quản lý rác thải đô thị do áp lực về bảo vệ môi trường đối với các đơn vị này rất cao, khối lượng chất thải là đáng kể và vì vậy có thể cung cấp đủ cho các hệ thống với quy mô thương mại và thuận lợi hơn trong việc tiếp cận vốn rẻ để đầu tư vào các công trình này.

IV.

Kết luận

Sản xuất nông nghiệp ở nước ta hiện đang giữ vai trò chủ đạo. Nghề chăn nuôi gia súc gia cầm đã chuyển từ sản xuất nhỏ sang sản xuất hàng hóa quy mô vừa. Cùng với việc phát triển chăn nuôi, biogas sẽ là một trong những nguồn năng lượng chính trong tương lai. Sử dụng công nghệ biogas quy mô gia đình là giải pháp hữu hiệu cho phép kết hợp hài hòa giữa cung cấp năng lượng với giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở nông thôn miền núi nước ta.

15

Mặc dù công nghệ biogas đã đem lại hiệu quả thiết thực trong đời sống cộng đồng ở nông thôn nước ta, song do nhiều nguyên nhân, đến nay công nghệ này vẫn chưa phát triển mạnh và rộng khắp như mong đợi. Số lượng hầm Biogas đã lắp đặt còn rất hạn chế so với nhu cầu thực tế. Một số nguyên nhân là do: chưa có công nghệ nào hoàn chỉnh về mặt kỹ thuật, việc xây dựng, lắp đặt và sử dụng hầm chưa thuận lợi, chi phí đầu tư xây dựng hầm còn cao so với thu nhập của nông dân, việc thay thế, sửa chữa khó khăn do thiếu cơ sở dịch vụ kỹ thuật.

-HẾT-

16

Tài liệu tham khảo

https://www.academia.edu/29425835/S%E1%BA%A2N_XU%E1%BA%A4T_BI OGAS_T%E1%BB%AA_B%C3%99N_TH%E1%BA%A2I http://baobacgiang.com.vn/bg/kinh-te/nong-nghiep-an-toan/170217/khi-sinh-hocduoc-hinh-thanh-nhu-the-nao-trong-he-thong-biogas-.html https://thonghutbephothanoi.com.vn/biogas-la-gi-khi-biogas-dung-de-lam-gitrong-thuc-tien.html https://hambebiogascomposite.com/ung-dung-cua-cong-nghe-biogas/ http://enews.agu.edu.vn/index.php?option=com_content&view=article&id=11195 &Itemid=117 https://tietkiemnangluong.com.vn/tin-tuc/pho-bien-kien-thuc/t13304/biogas-o-vietnam-trien-vong-trong-tam-tay.html https://hambebiogascomposite.com/cau-tao-ham-biogas-composite/

17...