Đồ án Nghiên cứu sản xuất và sử dụng khí sinh học từ nước thải ngành chế biến cao su

ệt đối và không có không khí (oxy) ở bên trong, vì vi khuẩn sinh mêtan mẫn cảm cao với oxy. Do hoạt động lâu trong bể có thể tích lũy các ion NH4, Ca, K, SO4 Ở nồng độ quá cao các ion này có thể ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn sinh mêtan. Để khắc phục tình trạng đó người ta có thể làm lắng cặn hoặc sử dụng các ion khác khử bớt độc tố. Tùy theo nồng độ các ion kim loại Na, K, Ca và Mg sẽ có ảnh hưởng kích thích hoặc kìm hãm quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan. Bảng 11: Ảnh hưởng của các ion kim loại đến quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan Kim loại Nồng độ (mg/l) Kích thích Kìm hãm nhẹ Kìm hãm mạnh Na K Ca Mg 100 – 200 200 – 400 100 – 200 75 – 150 3500 – 5500 2500 – 4500 2500 – 4500 1000 – 1500 8000 12000 8000 3000 (Nguồn: Sản xuất và sử dụng khí sinh vật_ Ngô Kế Sương , 1981) 3.3. Các biện pháp xử lý khí sinh học trước khi sử dụng Ngoài mêtan, khí sinh học còn chứa các tạp chất như CO2, H2S và cả hơi nước. Khi các tạp chất này có tỷ lệ cao có thể gây nên những biến cố không lường trước được: hơi nước ngưng tụ có thể làm tắt ống dẫn khí, khí cacbonic và H2S có thể biến thành các axit gây hỏng các thiết bị. Vì vậy cần phải xử lý khí trước khi dùng. Khí sinh học Thiết bị tháo nước ngưng tụ tại ống dẫn khí 3.3.1. Loại bỏ nước ngưng tụ Khi thoát khỏi buồng thu khí và tiếp xúc với bề mặt của ống dẫn, hơi nước rất dễ bị ngưng tụ. Sự tích lũy quá nhiều sẽ ngăn cản, thậm chí có thể làm tắc nghẽn đường ống. Do đó cần lắp đặt thêm một hệ thống thoát nước. Để đạt được mục đích đó nối ống dẫn với ống nối 3 cửa: 1 cửa nối với ống dẫn từ buồng thu khí, 1 cửa nối với ống dẫn đến nơi sử dụng và cửa cuối cùng nối với một ống thủy tinh hình chữ U nhúng trong nước. Nước ngưng tụ sẽ theo ống chữ U ra ngoài và do đó sẽ không ảnh hưởng đến đường ống. 3.3.2. Loại bỏ hoặc giảm bớt CO2 trong hỗn hợp khí Khí sinh học có nhiệt lượng càng cao khi lượng chứa mêtan trong đó càng lớn và lượng chứa CO2 trong đó càng nhỏ. Mặt dầu hỗn hợp khí sinh học với tỷ lệ CH4/CO2 là 50/50 vẫn còn cháy được, song CO2 nhiều sẽ ảnh hưởng đến sự đốt trong của động cơ. Để loại bớt CO2 người ta thường cho dung dịch khí chạy qua nước vôi. 3.3.3. Loại bỏ khí H2S Khi gặp nước, khí này có thể dễ dàng biến thành axit sunfuric hoặc axit sunfurơ. Hai axit này ăn mòn kim loại do đó dễ làm hỏng máy. Để loại bỏ chúng người ta thường cho hỗn hợp khí chạy qua dung dịch hấp phụ bề mặt hoặc qua oxit sắt và bột sắt. Oxit sắt có thể tái sinh bằng cách để ra ngoài không khí. Cũng có thể dùng oxit kẽm tuy nhiên oxit kẽm khó tái sinh. 3.4. Lợi ích của khí sinh học Lợi ích về kinh tế Khí sinh học như là nguồn năng lượng Khí sinh học là một loại khí dễ cháy. Nó cung cấp năng lượng, bao gồm cung cấp nhiệt, loại nhiệt này có thể được sử dụng theo nhiều cách thức như đun nấu theo nhiều loại thiết bị khác nhau như: lò sấy, đèn thắp sáng, máy sấy trong chuồng gà và chuồng lợn, được sử dụng cho hệ thống nước nóng hoặc các tủ lạnh dùng gas bao gồm cả việc thay thế các nhiên liệu trong động cơ. So sánh với củi hoặc than, việc sử dụng khí sinh học thì thuận tiện hơn bởi vì nó giải quyết các vấn đề về khói và bụi. Bên cạnh đó, khí sinh học giảm nguy hiểm do nổ khí hóa lỏng và các chi phí về nhiên liệu. Khí sinh học như là một quá trình sản xuất nông nghiệp Phân chuồng được lên men trong hầm khí sinh học có thể được sử dụng như phân bón tốt hơn phân tươi trong việc cải tạo đất. Trong quá trình lên men thì hàm lượng nitơ trong phân được chuyển hóa thành amoniac, nó làm cho cây trồng dễ hấp thụ hơn. Các thành phần khác trong phân bao gồm: Photpho, Kali, Mangan bao gồm cả những thành phần phụ rất quan trọng cho các cây trồng mà vẫn còn lưu lại trong phần cặn lắng. Chính vì thế mà phần cặn lắng của ngăn áp lực trong hầm khí sinh học có thể thay thế một số phân bón hóa học. Thành phần của đất sẽ được cải thiện nếu sử dụng phân được ủ lên men cùng với phân hóa học. Phân được ủ lên men có thể được bán được cả ở dạng bùn sệt và phân lên men để tăng thêm thu nhập cho các gia đình. 3.4.2. Lợi ích về môi trường Cải thiện vệ sinh môi trường Phân bón động vật lên men trong hầm khí sinh học là cách hiệu quả để giải quyết phân động vật ở các vùng làm nông nghiệp. Nó làm bớt đi những mùi hôi thối và ruồi muỗi. Kết quả của một quá trình ủ phân trong hầm khí sinh học (30 ngày) loại bỏ các trứng giun, sán và các bệnh ký sinh trùng khác. Nó sẽ cải thiện môi trường. Nó sẽ giúp cho mọi người trong cộng đồng trong các vùng đó có sức khỏe tốt hơn, đồng thời cũng phòng trừ việc gây ảnh hưởng đến nguồn nước tự nhiên mà có thể gây ra ô nhiễm nước. Cặn lắng trong hầm khí sinh học ít các chất hữu cơ hơn. Ngoài ra sử dụng khí sinh học để đun nấu sẽ không còn khói bụi, hạn chế nóng nực. Nhờ vậy sẽ hạn chế các bệnh về mắt và hô hấp, cải thiện sức khỏe người sử dụng. 3.4.2.2. Bảo vệ môi trường sinh thái Nguồn ô nhiễm môi trường tập trung là chất thải hữu cơ của các trại chăn nuôi, các nhà máy chế biến lương thực, thực phẩm Để xử lý những nguồn gây ô nhiễm này, biện pháp xử lý kỵ khí là một trong những biện pháp đã được sử dụng từ lâu ở nhiều nước. Các phế liệu nông nghiệp như rơm rạ, thân lá các cây trồng, phân động vật lâu nay là nguồn cung cấp chất đốt sinh hoạt quan trọng cho nhân dân nông thôn của các nước đang phát triển. Với cách sử dụng đốt trực tiếp như hiện nay, không những hiệu suất về năng lượng rất thấp mà còn làm mất hết của đất những chất dinh dưỡng, làm cho đất đai ngày càng trở nên nghèo kiệt và thải vào khí quyển nhiều chất độc hại. Trái lại, nếu phát triển công nghệ khí sinh học, ta vừa thu được chất đốt, lại vừa thu được phân bón để trả lại sự màu mỡ cho nó. Công nghệ khí sinh học góp phần giải quyết chất đốt nên sẽ hạn chế được nạn phá rừng, hạn chế sự xói mòn đất bề mặt, bảo vệ môi trường sinh thái. 3.4.3. Giải phóng phụ nữ, trẻ em, nâng cao trình độ văn minh Sử dụng khí sinh học để đun nấu sẽ giải phóng phụ nữ và trẻ em khỏi công việc bếp núc nóng nực, khói bụi, tiết kiệm thời gian rảnh để kiếm các chất đốt. Sử dụng khí sinh học trong đun nấu, thắp sáng, làm cho cuộc sống nông thôn văn minh, tiện nghi hơn. 3.4.4. Các lợi ích khác Phát triển rộng rãi công nghệ khí sinh học sẽ tạo ra một ngành nghề mới, giải quyết được công ăn việc làm của nhiều người. Khi đó quốc gia sẽ tiết kiệm được ngoại tệ cần chi phí để nhập khẩu dầu lửa và phân hóa học. 3.5. Ứng dụng của khí sinh học 3.5.1. Ứng dụng trong đời sống 3.5.1.1. Đun nấu Sử dụng khí sinh học để đun nấu rất thuận lợi: sạch sẽ và dễ sử dụng. Mỗi gia đình 4 – 5 người chỉ cần xây dựng một công trình cỡ 3 – 5 m3 với 15 – 20 Kg nguyên liệu nạp vào hàng ngày là có thể thu được 500 – 1000 lít khí đủ đun nấu thức ăn và nước uống. Bếp khí sinh học gia đình thường tiêu thụ khoảng 200 lít khí/ giờ đạt hiệu suất 50 – 60%. Bếp khí sinh học được ứng dụng rộng rãi, nhằm đáp ứng nhu cầu chất đốt trong sinh hoạt. Nguyên lí hoạt động Bếp khí sinh học cũng dựa trên nguyên lí hoạt động chung của các loại bếp khí quyển. Loại bếp khí quyển được dùng trong những hệ thống khí áp suất thấp (tới 350 mm cột nước). Dòng khí phun mạnh qua vòi phun tạo ra độ chênh áp suất hút một phần hoặc toàn bộ không khí cần thiết cho sự cháy từ khí quyển vào. Lượng không khí này sẽ hòa trộn với khí sinh học tạo thành hỗn hợp khí cháy và được gọi là lượng không khí sơ cấp. Lượng không khí còn lại được cung cấp từ khí quyển xung quanh ngọn lửa được gọi là lượng không khí thứ cấp. Do được cấp không khí hợp lý nên hiệu suất bếp cao (tới 60%). Bảng 12: Lượng các chất đốt tương đương với khí sinh học khi dùng để đun nấu Chất đốt Đơn vị Nhiệt trị (Kcal) Loại bếp Hiệu suất (%) Lượng tương đương Khí sinh học m3 4700 Bếp khí sinh học 60 1 m3 Rơm rạ Kg 3300 Bếp kiềng 11 6,10 Kg Củi Kg 3800 Bếp kiềng 17 4,37 Kg Than củi Kg 6900 Bếp lò 28 1,46 Kg Than cám Kg 5000 Bếp lò 28 2,01 Kg Phân trâu bò Kg 2100 Bếp kiềng 11 12,21 Kg Dầu hỏa Lít 9100 Bếp bấc 45 0,69 Lít Điện KWh 860 Bếp điện 70 4,68 KWh Khí hóa lỏng Kg 10900 Bếp ga 60 0,43 Kg (Nguồn: Công nghệ khí sinh học_Nguyễn Quang Khải, 2002) Ta có thể so sánh giá trị của việc dùng bếp khí sinh học với các các loại chất đốt khác nhau như bảng dưới đây: Bảng 13: So sánh một số chất đốt Chất đốt Đơn vị Nhiệt trị Loại bếp Hiệu suất (%) Lượng thay thế Khí sinh học m3 5200 Bếp khí 60 1 Rơm rạ Kg 3300 Bếp kiềng 11 8,69 Củi Kg 3800 Bếp kiềng 17 4,83 Than củi Kg 6900 Bếp lò 28 1,62 Dầu hỏa Lít 9100 Bếp dầu 45 0,76 Khí hóa lỏng Kg 10900 Bếp gas 60 0,48 Điện Kwh 860 Bếp điện 70 5,18 (Nguồn: Công nghệ khí sinh học_Nguyễn Quang Khải, 2002) 3.5.1.2. Thắp sáng Khí sinh học dùng để thắp sáng đèn mạng (măng sông) như dùng dầu hỏa. Kết quả thí nghiệm của Viện Năng lượng cho thấy với mức tiêu thụ 40 – 80 lít khí sinh học/giờ, đèn có thể phát sáng tương đương một bóng điện sợi đốt 25 W. Các loại đèn tiêu thụ 0,10 – 0,15 m3/giờ có thể cho độ sáng tương đương đèn điện sợi đốt 60 W. Sử dụng đèn mạng khí sinh học đơn giản hơn đèn mạng dầu hỏa vì không cần bơm áp lực. Hiện nay, Trung Quốc là một nước phát triển mạnh mẽ công nghệ khí sinh học. Ba loại đèn phổ biến hiện nay ở Trung quốc được đánh giá cao là: - Loại D – 80 – II: đèn có lỗ phun đường kính 0,75 mm; tiêu thụ 0,08 m3/giờ; độ phát sáng là 50 Lux. - Loại đèn kiểu II có áp suất thấp hơn. Loại này hoạt động được ở áp suất 80 mm cột nước; tiêu thụ 0,0476 m3/giờ; độ phát sáng 12 Lux. - Loại đèn để bàn: loại này chỉ khác 2 loại trên là mạng đèn được lắp thẳng đứng vì vậy ánh sáng sẽ tỏa hắt lên trên. Loại đèn này hoạt động được ở áp suất từ 300 mm đến 400 mm cột nước, độ phát sáng là 20 Lux. Các loại đèn của Ấn Độ được thiết kế có lượng khí tiêu thụ là 0,10 – 0,15 m3 khí/giờ và có thể cho độ phát sáng tương đương với bóng đèn điện sợi đốt công suất 60 – 100 W. Nguyên lí hoạt động Như đã biết, khí sinh học cháy chỉ phát ra ánh sáng yếu nên không dùng làm nguồn chiếu sáng được. Điều này khác với axetilen. Ngọn lửa của axetilen phát ra ánh sáng chói lòa nên được dùng làm nguồn sáng (đèn đất đèn). Do vậy người ta phải dùng khí sinh học làm nguồn nung nóng mạng (măng sông) tương tự như đèn mạng dùng dầu, xăng hoặc khí hóa lỏng. Mạng đèn thường làm bằng bông, lanh hoặc lụa nhân tạo có tẩm các muối nitrat của thori, xeri và berili, trong đó chủ yếu là thori (90%). Những muối này được cố định vào mạng nhờ một lớp xelulo. Trong lần đốt đầu tiên, lớp xelulo bị cháy. Do đó cấu trúc mạng bị đốt cháy thành một cấu trúc tro hết sức nhạy cảm và các muối nitrat chuyển hóa thành các oxit của thori, xeri và berili. Oxit thori (thori 232) là một chất phóng xạ. Khi được nung nóng, các oxit sẽ phát quang mạnh: oxit thori cho ánh sáng chói lòa, oxit xeri làm cho ánh sáng trắng hơn và oxit berili cải thiện độ bền vững của mạng dễ vỡ. Chính bộ đốt của đèn sẽ làm nhiệm vụ nung nóng mạng. Cũng giống như bếp khí sinh học, bộ đốt của đèn khí sinh học cũng được thiết kế dựa trên nguyên lí của bộ đốt dùng không khí. Đèn khí sinh học hoạt động được tốt khi áp suất cao. Khi áp suất giảm độ sáng đèn kém đi và ngả sang màu vàng. Cũng vì vậy, các loại thiết bị kiểu nắp cố định có áp suất đến 80 cm cột nước rất thích hợp khi sử dụng đèn.  Bảng 14: So sánh đèn khí sinh học và đèn dầu hỏa Loại đèn Suất tiêu thụ (lít/giờ) Lượng khí thay thế dầu (m3/lít) Đèn khí sinh học 70 – Đèn mạng dầu hỏa 0,125 1,79 Đèn tọa đăng Thăng Long 0,050 0,72 (Nguồn: Công nghệ khí sinh học_Nguyễn Quang Khải, 2002) Ứng dụng trong sản xuất 3.5.2.1. Chạy động cơ đốt trong Các loại động cơ đốt trong dùng xăng hoặc dầu có thể cải tạo để dùng khí sinh học thay thế, đồng thời vẫn chạy được với xăng dầu như cũ. Do vậy có thể dùng khí sinh học để phát điện, bơm nước, chế biến sản phẩm hoặc chạy ô tô, máy kéo. Bảng 15: Lượng khí sinh học để chạy động cơ đốt trong Mục đích sử dụng Lượng khí tiêu thụ Chạy động cơ xăng 0,4 – 0,5 m3/mã lực Chạy động diezel 0,45 m3/mã lực Phát điện 0,6 – 0,7 m3/mã lực (Nguồn: Công nghệ khí sinh học_Nguyễn Quang Khải, 2002) Khí sinh học cũng dùng làm nhiên liệu cho các động cơ mồi bằng tia lửa và bằng nén. Với động cơ tia lửa thì hộp điều hòa khí đang chạy bằng dầu, xăng phải thay đổi 1 chút để chạy bằng khí sinh học. Khí sinh học cũng có thể dùng trong động cơ cho cả 2 loại nhiên liệu. Các loại dầu máy này tốt nhất là cho vận hành, nhiên liệu có thể trữ gần đó. Các đầu máy di động với nhiên liệu di động thường ngoài tầm sử dụng khí sinh học vì nó rất khó và rất đắt để nén tới dung tích có thể chấp nhận được. Tuy vậy, các máy kéo của trang trại nhỏ có thể cho làm việc với thời gian hạn chế bằng cách sử dụng túi chứa khí với dung tích 1 ÷ 2 m3 đặt trên nóc máy kéo. 3.5.2.2. Bảo quản hoa quả ngũ cốc Khí sinh học có thể dùng bảo quản các loại hoa quả. Ở Trung Quốc, người ta dùng khí sinh học để bảo quản cam trong 150 ngày với hiệu suất bảo quản là 91%, trọng lượng quả giảm 4 – 7%. Các chỉ tiêu về đường, axít đều vượt so với phương pháp bảo quản thông thường. Người ta cũng dùng khí sinh học để tiêu diệt sâu bọ nhằm bảo quản ngũ cốc mà vẫn giữ được chất lượng hạt, không làm hạt nhiễm độc ảnh hưởng tới sức khỏe của người sử dụng. 3.6. Các loại thiết bị khí sinh học 3.6.1. Các loại thiết bị khí sinh học trên thế giới 3.6.1.1. Thiết bị nắp nổi Nguyên lý cấu tạo và hoạt động Loại này có nguồn gốc từ Ấn Độ, do tổ chức KVIC (Khadi and Village Industnes Commision, Ủy ban Công nghiệp Nông thôn và Dệt may) phát triển. Bộ phận chứa khí là một nắp có dạng một cái thùng, được úp trực tiếp vào dịch phân hủy. Khí sinh ra ở bể phân hủy được thu giữ ở nắp và làm cho nắp nổi lên. Khí được tích lại càng nhiều thì nắp càng nổi cao. Trọng lượng của nắp tạo ra áp suất nén vào khí. Khi lấy khí sử dụng, nắp sẽ chìm dần xuống. Khi nạp nguyên liệu mới qua ở đầu vào qua bể nạp thì nguyên liệu đã phân hủy sẽ tràn ra qua lối ra. Kiểu của KVIC được cải tiến ở một số nước bằng cách xây thêm vành đai chứa nước quanh cổ bể phân hủy (gioăng nước) và úp nắp vào đây để phân hoàn toàn được che kín, không tiếp xúc với không khí, đảm bảo kỵ khí tốt hơn, tránh cho phân phải chịu tác động trực tiếp của mưa nắng. Ưu và nhược điểm chung Ưu điểm: + Dễ đảm bảo kín khí do nắp được chế tạo riêng tại công xưởng bằng vật liệu thích hợp như thép hoặc xi măng lưới thép hay composite; + Dịch phân hủy được giữ ở điều kiện kỵ khí tốt vì không tiếp xúc với không khí, cả với thiết bị có kích thước lớn; + Áp suất khí không thay đổi khi sử dụng khí; + Biết được lượng khí hiện có một cách trực quan thông qua độ nổi của nắp; + Kỹ thuật xây trát quen thuộc. Nhược điểm: + Chi phí chế tạo và vận chuyển nắp cao, chiếm trên 30% tổng chi phí của công trình; + Áp suất khí thấp, sử dụng để thắp sáng kém hiệu quả; + Nhiệt độ của dịch phân hủy thay đổi nhiều theo nhiệt độ khí trời vì khí chứa trong nắp và không khí bên ngoài tiếp xúc trực tiếp với nắp kim loại truyền nhiệt tốt; + Tuổi thọ nắp không dài, thường khoảng 10 năm với thép dày 2 mm; + Phải định kỳ sơn lại nắp thép và khung đỡ để chống han rỉ. Chi phí cao là nhược điểm lớn nhất của kiểu nắp nổi. Ngay ở Ấn Độ, kiểu KVIC đắt gần gấp 2 lần so với kiểu nắp cố định Deenhandhu và do vậy việc ứng dụng kiểu KVIC đã giảm dần.  3.6.1.2. Thiết bị nắp cố định a. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động Loại này đã được phát triển đầu tiên ở Trung Quốc. Bộ phận chứa khí và bể phân hủy được gắn liền với nhau thành một bể kín. Khí sinh ra được tích lại ở phía trên sẽ tạo ra áp suất nén xuống mặt dịch phân hủy, đẩy một phần dịch phân hủy tràn lên bể điều áp được nối với lối ra. Giữa bề mặt dịch phân hủy trong bể và mặt thoáng ở ngoài không khí có một độ chênh nhất định, thể hiện áp suất khí trong thiết bị. Khí tích lại càng nhiều thì độ chênh này càng lớn. Khi lấy khí sử dụng, dịch phân hủy từ bể điều áp lại dồn vào bể phân hủy và đẩy khí ra ngoài. b. Ưu nhược điểm chung Ưu điểm: + Giá thành hạ do không phải dùng nắp chứa khí đắt tiền; + Sử dụng vật liệu thông thường, dễ có ở địa phương; + Không cần tới công xưởng, thợ địa phương có thể xây dựng được; + Tiết kiệm được mặt bằng vì có thể đặt ngầm toàn bộ dưới mặt đất; + Được bảo ôn tốt do đặt ngầm nên nhiệt độ ổn định, ít thay đổi theo nhiệt độ không khí, có thể hoạt động cả trong điều kiện thời tiết mùa đông giá lạnh khi nhiệt độ ngoài trời xuống dưới 100C; + Ít đòi hỏi phải bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế vì không có bộ phận chuyển động, không có bộ phận bị ăn mòn, rò rỉ; + Tuổi thọ dài (trên 20 năm); + Tạo được áp suất khí cao nên dùng khí để đun nấu và thắp sáng bằng đèn mạng cho hiệu suất cao hơn so với loại nắp nổi và loại túi. Nhược điểm : + Phải có thêm bộ phận điều áp; + Đòi hỏi kỹ thuật xây dựng cao hơn để đảm bảo giữ kín khí; + Áp suất khí không ổn định trong quá trình sử dụng; + Điều kiện kỵ khí kém hơn vì dịch phân hủy bị đẩy lên bể điều áp, tiếp xúc với không khí và bị oxy hòa tan vào. Khi dịch dồn trở lại bể phân hủy sẽ đem theo lượng oxy hòa tan này vào bể phân hủy. Nhược điểm này càng trầm trọng đối với thiết bị cỡ lớn. Trong trường hợp này bể điều áp có bề mặt quá rộng (do phải hạn chế áp suất khí không quá lớn) nên điều kiện kỵ khí càng kém. Chính vì vậy loại nắp cố định thường ứng dụng cho công trình có thể tích phân hủy khoảng 20 m3 trở xuống. 3.6.1.3. Thiết bị túi chất dẻo a. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động Loại thiết bị bằng túi chất dẻo đầu tiên được phát triển ở Đài Loan và chế tạo bằng loại chất dẻo bùn đỏ (Red Mud Plastic - RMP) năm 1974. Có thể coi đây là biến thể của loại nắp cố định. Bể phân hủy là một túi bằng chất dẻo hoặc cao su. Phần dưới là bể phân hủy, còn phần trên là nơi chứa khí, áp suất khí cần thiết có thể tạo ra được bằng cách đặt vật nặng lên phía trên túi, nhờ vậy không cần bể điều áp. b. Ưu nhược điểm chung Ưu điểm: + Có thể sản xuất hàng loạt nên dễ tiêu chuẩn hóa; + Giá thành hạ nên đầu tư ban đầu thấp; + Kỹ thuật lắp đặt đơn giản, nhanh chóng. Nhược điểm : + Tốn diện tích mặt bằng; + Tuổi thọ ngắn, dễ hư hỏng (thủng, chuột dễ cắn); + Độ an toàn thấp (nguy cơ hỏa hoạn, ngạt ); + Nếu xây kè thành hố và đổ tấm đan đậy thì giá thành không thấp so với thiết bị nắp cố định; + Khó lấy bỏ váng và lắng cặn. Sau một thời gian (khoảng 3 năm) bể sẽ đầy và phải thay túi; + Bảo ôn kém. Với mùa đông lạnh giá, thiết bị hoạt động kém hiệu quả áp suất thấp nên sử dụng khí hiệu suất thấp, khó dẫn khí đi xa. 3.6.1.4. Thiết bị có bộ phận tích khí tách riêng Loại này thường được ứng dụng cho các công trình lớn. Khí sinh ra từ nhiều bể phân hủy được tích giữ chung ở một bộ tích khí tách riêng khỏi bể phân hủy. Bộ tích khí thường là một nắp nổi trong một bể nước. Các loại thiết bị biogas phát triển ở Việt Nam 3.6.2.1. Hầm biogas nắp cố định hình vòm hay phẳng Đây là loại hầm thông dụng và được nghiên cứu rộng rãi từ nhiều năm qua. Được xây dựng từ gạch và xi măng, hầm có cấu trúc vững và độ bền cao, biogas sinh ra có áp suất cao. Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu là cần có kỹ thuật viên có tay nghề cao để xây dựng và bảo trì. Giá thành khá cao (1 triệu đồng/ m3 hầm) cũng là giới hạn của công nghệ này. 3.6.2.2. Hầm biogas nắp nổi Xuất xứ từ Ấn Độ, có cấu trúc gọn, chiếm ít diện tích xây dựng. Tuy nhiên do giá thành cao hơn hẳn các loại hầm khác nên số lượng lắp đặt khá khiêm tốn. Ngoài ra, chất lượng của nắp nổi cũng là một vấn đề. 3.6.2.3. Túi biogas bằng nhựa dẻo Polyethylene Vấn đề quan trọng nhất trong các chương trình biogas ở các nước đang phát triển chính là giá thành của hầm ủ. Trước nay giá một hầm ủ xây dựng bằng xi măng cho 1 gia đình biến động trong vòng 3 – 10 triệu. Giá này là một trở ngại cho hầu hết các tiểu nông. Với chi phí chỉ bằng 1/4 – 1/5 giá hầm xây, túi ủ bằng polyethylene trở nên rất hấp dẫn cho người sử dụng ở Việt Nam. Một điểm hết sức thú vị là túi ủ có thể lắp đặt nổi trên mặt nước đặc biệt ở những vùng ngập nước như các tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long, nơi mà các kiểu hầm xây gặp trở ngại. Ưu điểm của biogas bằng chất dẻo so với hầm xây là: + Kỹ thuật lắp đặt dễ dàng, chi phí lắp đặt thấp; + Vận hành đơn giản, ít tốn chi phí vận hành; + Sửa chữa dễ dàng, ai cũng làm được, không cần tay nghề cao; + Có thể thay đổi vị trí đặt hầm ủ một cách dễ dàng; + Có thể đặt nổi trên mặt nước ở những nơi thiếu diện tích đất. Giá thành thấp, thời gian hoàn vốn nhanh đã làm cho các nông hộ vừa và nhỏ có khả năng chi trả và chấp nhận công nghệ ủ bằng chất dẻo. Sự tham gia của người dân đã làm cho chương trình có sức sống cao, và chính nó là động lực cho sự phát triển tiếp theo của chương trình. Một trong những điểm cần lưu ý khi sử dụng túi ủ bằng chất dẻo là việc bảo vệ tránh nắng và tác động cơ học làm rách bịch. 3.6.2.4. Hầm ủ ống nằm ngang bằng bêtông và bằng composite Nhằm đa dạng hóa các sản phẩm hầm biogas, Trường ĐH Nông Lâm đã thử nghiệm loại hầm biogas ống nằm ngang bằng bêtông và bằng vật liệu composite với ưu điểm: + Độ bền cao; + Giá thành vừa phải; + Kỹ thuật lắp đặt đơn giản; + Vận hành thuận tiện, ít phải bảo trì, sửa chữa. Chương 4: NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG KHÍ SINH HỌC TỪ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU 4.1. Mục đích Xác định khả năng sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su tờ, hiệu quả sử dụng khí sinh học đó vào việc sấy cao su tờ và hiệu quả xử lý nước thải chế biến cao su tờ sau quá trình sản xuất khí sinh học. 4.2. Cơ sở lý thuyết 4.2.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su ở trong nước Hiện nay, nước ta chưa có công trình nghiên cứu nào về sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su tờ được công bố. 4.2.2. Tình hình nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su trên thế giới Nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su để làm nhiên liệu cho quá trình sấy cao su đã được thực hiện tại nhiều nước như Trung Quốc, Malaysia, Thái Lan 4.2.2.1. Sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su ở Trung Quốc Ở Trung Quốc, kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nước thải chế biến cao su để sản xuất khí sinh học dựa trên giá thể thực vật là cây lục bình với tỉ lệ nước thải cho vào 1:3 (V/W) thì 1 gram cây lục bình khô sẽ cho ra là 0,344 l khí sinh học trong đó CH4 chiếm 62,6% ở nhiệt độ từ 27 – 340C. (Nguồn: Hang và Fang, 2001) Theo PT.EXSA INTERNATION. COM. LTD (1994), thì khối lượng khí sinh học sinh ra trong 1 kg chất rắn lơ lửng bay hơi trong nước thải chế biến cao su khi chúng bị phân hủy kỵ khí thì sẽ sản sinh ra một lượng khí sinh học vào khoảng 0,59 m3. Công trình nghiên cứu sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su định chuẩn Trung Quốc (SCR) được tiến hành bởi Huang và cộng sự (2001), cho thấy lượng khí sinh học sinh ra vượt 1 m3/m3.ngày trong quá trình lên men ở nhiệt độ thường. Khoảng 30 m3 khí sinh học được sinh ra khi sản xuất 1 tấn SCR, trong đó mêtan chiếm khoảng 60% về khối lượng. Nhiệt sinh ra tương đương khoảng 15 kg dầu nhiên liệu. Nó chiếm khoảng 44% năng lượng nhiệt cần thiết dùng để sấy 1 tấn SCR ở Trung Quốc (hiện nay cần 33 kg dầu FO hoặc DO để sấy một tấn cao su khô). Một nghiên cứu về việc sử dụng khí sinh học từ lò nhiệt ban đầu để sấy khô SCR đã được thực hiện. Kết quả ban đầu cho thấy rằng khí sinh học có thể dùng với nhiên liệu (dầu đặc) trong cùng 1 lò. Ở lò nhiệt ban đầu khí sinh học đạt được kết quả giống như nhiên liệu diezel; nhiệt độ không khí nóng lắp vào máy sấy khoảng 1100C. Năm 1998, SCR đầu vào của Trung Quốc là 300000 tấn và 2 – 3 kg nhiên liệu được tiêu thụ để sấy 1 tấn SCR, sau đó là 600 – 900 tấn nhiên liệu diezel có thể được tiết kiệm nếu khí sinh học được sử dụng để thay thế nhiên liệu diezel. Thêm vào đó, động năng cho việc phun dầu đặc và nhiên liệu diezel cũng có thể được loại trừ bằng việc sử dụng khí sinh học. Khí sinh học sinh ra từ nước thải chế biến SCR Trung Quốc khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế, một phần năng lượng cần thiết cho việc sấy SCR được tiết kiệm hằng năm. Hơn nữa, ô nhiễm môi trường từ nước thải có thể giảm xuống một cách đáng kể để đưa ra nền móng xử lý nước thải chế biến SCR. 4.2.2.2. Sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su ở Ấn Độ Ở Ấn độ cao su thiên nhiên phát triển hơn 500 hecta và hàng năm sản xuất ra 5,5 tấn mủ trong suốt những năm 1996 – 1997. Sự gia tăng các vùng cao su này có thể xem là sự thúc đẩy kỹ thuật sản xuất mủ và cao su. Hình thức sản xuất cao su thiên nhiên chính ở Ấn Độ là cao su tờ (RSS), sản lượng hơn 70% tổng sản phẩm. Vì vậy, lượng nước thải lớn nhất sinh ra ra từ quá trình sản xuất loại cao su này. Quá trình sản xuất mủ cao su thiên nhiên thành RSS bao gồm đông lạnh, rửa,... Mặc dù lượng nước thải được loại bỏ do giữ lại là hoàn toàn nhỏ, nó không có giá trị nhưng nếu lượng nhỏ này không được xử lý hoàn toàn sẽ tỏa ra mùi hôi ở khu vực sản xuất. Sản xuất khí sinh học từ nước thải này dưới sự giám sát của Hội các nhà sản xuất cao su (RPS) có khả năng về mặt kinh tế. Người ta ước lượng trung bình trên 10 lít nước thải được sinh ra trên 1 kg RSS được sản xuất. Ngoài ra, khoảng 6 lít serum từ đông lạnh và 4 lít nước rửa sử dụng để làm sạch trong các giai đoạn khác nhau. Serum chứa các chất hữu cơ có thể oxy hóa được dễ dàng. Chất thải này là chất hữu cơ tự nhiên và và nó có thể phân hủy kỵ khí (không có oxy) sản sinh khí mêtan, là loại khí có thể sử dụng như nguồn nhiên liệu trong các lò sấy cao su tốt như các nguồn nhiên liệu khác mà trong gia đình sử dụng để nấu nướng, thắp sáng. Xử lý kỵ khí là một quá trình xử lý sinh học mà sản phẩm năng lượng cuối cùng tốt hơn sản phẩm của hệ thống hiếu khí. Phân hủy kỵ khí bao gồm việc chia nhỏ các chất hữu cơ để sinh khí (chủ yếu là CH4 và CO2) với sụ vắng mặt oxy. Hơn nữa, nước thải sau bể kỵ khí chứa các chất dinh dưỡng thực vật khác có thể ứng dụng lại trong lĩnh vực cao su. Quá trình sản sinh khí sinh học ở đồn điền không phức tạp, các bể kỵ khí được xây dựng với chi phí có thể làm. 4.3. Cơ sở thực nghiệm 4.3.1. Nguyên liệu để nghiên cứu Nguyên liệu để nghiên cứu là nước thải từ quá trình chế biến cao su tờ. 4.3.2. Xây dựng mô hình thí nghiệm Hệ thống gồm 1 bể điều hòa, 1 bể xử lý sinh học kỵ khí (có nắp đậy), 1 hố ga và hệ thống thu khí. (Hình 1) Sơ đồ mô hình thí nghiệm: 2 3 Nước thải 1 4 Nước thải ra Trong đó: Bể điều hòa 2) Bể kỵ khí với giá thể bằng xơ dừa Lò sấy cao su tờ Hố ga : Van điều khiển lưu lượng nước thải : Dòng nước thải vào và ra : Đường ống thu khí 4.3.2.1. Bể điều hòa Kích thước: D x R x C = 1,5 m x 1,5 m x 1 m Sức chứa là 2 m3, thành bể được xây bằng gạch tô xi măng. Bể điều hòa có tác dụng điều hòa lưu lượng và làm ổn định nước thải từ xưởng sản xuất trước khi đi vào bể xử lý kỵ khí. (Hình 2) 4.3.2.2. Bể xử lý sinh học kỵ khí Kích thước: D x R x C = 2 m x 2 m x 3,5 m Sức chứa là 14 m3, được xây dưới đất, thành được xây dựng bằng gạch tô xi măng. (Hình 3) Tác dụng của bể xử lý sinh học kỵ khí: trong bể này xảy ra quá trình lên men kỵ khí sinh mêtan với sự tham gia của các chủng loại vi khuẩn kỵ khí bắt buộc và không bắt buộc. Các vi sinh vật này tiến hành hàng chục phản ứng hóa sinh học để phân hủy và biến đổi các hợp chất hữu cơ trong nước thải chế biến cao su thành khí sinh học. Thành phần trong bể kỵ khí: - Giá thể sinh học làm bằng xơ dừa được đưa vào bể. Xơ dừa được quấn thành chuỗi với độ dài 2 m, đường kính 20 cm. Mỗi chuỗi được lấp đặt cách nhau 20 cm trong một khung tre. Thành phần chính của xơ dừa trong thân, lá, vỏ các cây họ dừa (Palmae) là cellulose (khoảng 80%) và lignin (khoảng 18%). Cellulose được coi là một trong những polysaccharides khó bị phân hủy bởi vi sinh vật do khối lượng phân tử rất lớn, cấu trúc chuỗi phân tử và tính không tan của nó. Ưu điểm của giá thể xơ dừa này là giá thành rẻ, khó phân hủy và là nơi rất thuận lợi cho vi sinh vật dính bám, tăng hiệu quả xử lý và sinh khí. (Hình 4) - Nắp đậy bể kỵ khí có dạng hình chuông, được làm bằng thiếc có quét lớp sơn lên trên, dày 3 mm. Kích thước nắp: D x R x C = 1,8 m x 1,8 m x 0,5 m; thể tích khoảng 1,5 m3 úp lên trên bể kỵ khí; được lắp đặt chìm so với mặt nước nhằm giữ kín khí. 4.3.2.3. Hệ thống thu khí Hệ thống thu khí được lắp đặt gồm một ống có đường kính q20 tại đỉnh của buồng thu khí. Ống này được phân thành 2 ống nhánh có đường kính nhỏ hơn, một được gắn với hệ thống kiểm soát, một được gắn với nguồn tiêu thụ; trên đường ống chính có nối với 1 ống xả nước đọng. 4.3.2.4. Hố ga Là nơi thu nước sau quá trình lên men kỵ khí để sản xuất khí sinh học từ bể kỵ khí. Từ hố ga này nước sẽ tiếp tục được ra hệ thống xử lý nước thải chung của xưởng chế biến cao su. 4.3.2.5. Lò sấy Có kích thước: D x R x C = 1 m x 1 m x 1 m Gồm 1 bếp ga mini để đưa khí sinh học vào sấy và 1 tấm thép đặt trên bếp ga nhằm làm đồng đều quá trình cấp nhiệt. 4.3.3. Cách vận hành mô hình Nước thải chế biến cao su từ xưởng sản xuất sẽ được gom vào đường ống đi qua 20 ngăn nối tiếp xây theo hình zic zắc nhằm loại bỏ lượng mủ chảy theo dòng thải. Nước thải này sẽ được bơm vào bể điều hòa, tại đây một ít mủ còn sót lại nổi lên trên và sẽ được vớt ra để không ảnh hưởng đến quá trình lên men kỵ khí trong bể kỵ khí. Nước thải sẽ được điều chỉnh thông qua 1 van trước khi được đưa vào bể kỵ khí. Tại bể kỵ khí, nước thải sẽ được đưa từ dưới lên qua 1 đường ống. Nước phân hủy được chứa ở đáy và khí được thu giữ ở phía trên nắp. Khí sinh ra được tích lại ở phía trên sẽ tạo áp suất nén xuống mặt nước phân hủy, đẩy nước phân hủy thông qua hố ga ra ngoài. Thời gian lưu của bể kỵ khí là 7 ngày. Giữa bề mặt nước phân hủy trong bể kỵ khí và mặt thoáng ngoài không khí có một độ chênh lệch nhất định, thể hiện áp suất khí trong thiết bị. Khí tích lại càng nhiều thì độ chênh lệch áp suất càng lớn. Khi lấy khí sử dụng, một lượng khí vừa đủ sẽ được lấy ra và bên trong nắp sẽ tồn tại một áp suất không đổi. Trong thời gian khởi động bể kỵ khí nguồn nguyên liệu đầu tiên được đưa vào bể sinh học kỵ khí để sinh khí sinh học gồm: 100 kg phân bò + 10 m3 nước, quậy đều. Sau đó ủ kín trong 3 tháng để quá trình lên men xảy ra. 4.3.4. Cách lấy mẫu để phân tích Để đánh giá hiệu quả xử lý cũng như tình hình hoạt động của bể kỵ khí đối với nước thải chế biến cao su, ta cần lấy mẫu ở nước thải đầu vào và nước thải sau xử lý. Nước thải đầu vào ta lấy ở ngăn cuối cùng trong 20 ngăn nối tiếp trước khi qua bể điều hòa. Nước thải đầu ra ta lấy tại hố ga. Các chỉ tiêu đặc trưng của ngành công nghiệp chế biến cao su là: nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu ôxy sinh học (BOD), pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng nitơ Kjeldahl (TKN) và nitơ dạng amoni (AN). Mẫu nước thải đầu vào được lấy ở trước bể điều hòa và mẫu đầu ra được lấy tại hố ga sau bể kỵ khí. Mỗi tuần lấy mẫu và phân tích một lần. Các mẫu nước thải được phân tích tại phòng thí nghiệm của phòng thí nghiệm nước thải thuộc Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam. Các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải đầu vào được lấy cùng một ngày so với đầu ra. 4.3.5. Cách đo khí sinh học 4.3.5.1. Đo khí Dụng cụ đo khí Gồm 1 bình nhựa thể tích 21 lít có nối 1 ống nhựa xuống đến đáy bình để đẩy khí ra. (Hình 5) Cách đo khí Trước khi đo khí ta phải đóng van dẫn khí đến lò sấy. Đổ 21 lít nước vào bình nhựa, đậy kín. Bình nhựa có 1 lỗ nhỏ thông với không khí, bình thường nếu để nghiêng miệng bình nhựa thì nước trong bình không thể chảy ra ngoài. Nối ống dẫn khí với ống ở bình nhựa, sau đó mở van dẫn khí cho khí đi vào trong bình nhựa. Lúc đầu, lỗ thông với không khí sẽ không có nước chảy ra vì khí vào sẽ đẩy không khí còn ở trong bình nhựa ra ngoài. Khi lượng khí ở khoảng trống trong bình nhựa bị đẩy hết thì nước bắt đầu chảy ra và ta bắt đầu tính được khí sinh ra. Thể tích khí sinh ra sẽ bằng thể tích nước trong bình nhựa chảy ra. 4.3.5.2. Đo áp suất Đo áp suất khí giúp ta dễ theo dõi được độ kín khí của bể kỵ khí. Để đo áp suất ta dùng 1 ống nhựa hình chữ U có 2 nhánh. Một đầu ống được nối vào đường ống dẫn khí qua một ống nối 3 ngả (2 ngả còn lại nối với bể kỵ khí và dẫn đến nơi sử dụng). Đầu kia của ống U được để hở thông với không khí. (Hình 6) Bên trong ống ta đổ nước để quan sát. Khí từ bể kỵ khí dẫn vào bên nhánh kín sẽ nén vào nước. Mực nước trong nhánh kín sẽ tụt xuống, trong nhánh hở sẽ dâng lên. Độ chênh lệch mực nước ở hai nhánh của ống U tính theo cm cho ta biết áp suất khí trong đường ống tính theo cm cột nước. Áp suất khí của mô hình dao động từ 4 - 4,5 cm cột nước. Áp kế chữ U có tác dụng: - Như một van an toàn, hạn chế không cho áp suất khí quá cao. Khi áp suất vượt quá giá trị cực đại, khí sẽ đẩy nước dồn lên ống và thoát ra ngoài. Khi khí được xả bớt, áp suất khí sẽ giảm dần tới mức cực đại và nước lại dồn vào ống kế, giữ không cho khí xả ra ngoài nữa. - Nhờ nó mà ta biết được bể kỵ khí sinh mêtan có kín hay không. - Xác định được lượng khí sinh vật trong buồng khí qua sự thay đổi chiều cao của cột chất lỏng. 4.4. Sử dụng khí sinh học từ nước thải chế biến cao su Khí sinh học sinh ra rừ nước thải chế biến cao su sẽ được đưa vào lò sấy để sấy cao su tờ. Khí sinh học từ ống dẫn khí nối từ bể kỵ khí sẽ được đưa vào lò sấy. Ống dẫn khí được đưa vào lồng đèn của bếp ga mini. Trên bếp ga đặt một tấm thép nhằm làm đồng đều nhiệt trong quá trình sấy. Khi mở van khí và bật bếp ga thì khí sẽ cháy và cho ngọn lửa màu xanh nhạt. Mỗi lần lò sấy sấy được 14 tấm cao su tờ, sau 3 ngày các tấm cao su tờ sẽ chín và được lấy ra. Sau đó tiếp tục lấy 14 tấm cao su tờ mới đem vào sấy tiếp. Sau khi sấy khô ta sẽ cân khối lượng cao su tờ đã sấy để biết hiệu quả của lò sấy. Để theo dõi nhiệt độ của lò sấy ta sử dụng nhiệt kế để đo nhiệt độ. Nhiệt độ của lò sấy thường dao động từ 400C – 750C. Chương 5: BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 5.1. Kết quả phân tích nước thải trước và sau khi qua bể kỵ khí Chỉ tiêu pH Bảng 16: Kết quả phân tích pH trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 pH Đầu vào 5,24 5,21 5,36 5,23 5,18 5,46 Đầu ra 6,91 7,04 7,06 7,11 6,94 7,05 Đồ thị 1: Giá trị pH trước và sau bể kỵ khí Nước thải trước khi qua bể kỵ khí có pH thấp do việc sử dụng axit để làm đông tụ mủ cao su. Khi nước thải vào bể kỵ khí các vi sinh vật mêtan phân hủy các chất hữu cơ như protein, chất béo, hidratcacbon thành các sản phẩm có phân tử lượng thấp qua 3 pha: pha phân hủy, pha axit và pha kiềm. Trong pha axit, các vi sinh vật tạo thành axit. Chúng chuyển hóa các sản phẩm phân hủy trung gian thành các axit hữu cơ bậc thấp, cùng các chất hữu cơ khác như axit hữu cơ, axit béo, rượu, các axit amin, Trong pha kiềm, các vi sinh vật mêtan chuyển hóa các sản phẩm của pha axit thành CH4 và CO2. Chính các phản ứng ở pha này làm cho pH của nước thải đầu ra tăng lên. Giá trị pH trung bình đầu ra là 7,02 nằm trong TCVN 7586 – 2006 cột B. Chỉ tiêu BOD Bảng17: Kết quả phân tích BOD trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 BOD Đầu vào 4450 4670 2260 5100 5700 3410 Đầu ra 650 567 635 392 740 542 Hiệu quả xử lý (%) 85,39 87,86 71,90 92,31 87,02 84,11 Đồ thị 2: Giá trị BOD trước và sau bể kỵ khí Giá trị BOD sau bể kỵ khí giảm đi nhiều so với đầu vào, hiệu quả xử lý trung bình là 84,77%. Tuy nhiên, giá trị BOD trung bình đầu ra là 589 mg O2/L vẫn còn cao so với TCVN 7586 – 2006 – cột B. Chỉ tiêu COD Bảng 18: Kết quả phân tích COD trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 COD Đầu vào 6484 6677 3493 8286 7486 5289 Đầu ra 1014 746 855 687 963 963 Hiệu quả xử lý (%) 84,36 88,83 77,52 91,71 87,14 81,79 Đồ thị 3: Giá trị COD trước và sau bể kỵ khí Hiệu quả xử lý COD tương đối cao,trung bình là 85,23%. Tuy nhiên, giá trị trung bình COD đầu ra là 871 mg O2/L còn cao so với loại B trong TCVN 7586 – 2006. Chỉ tiêu TSS Bảng 19: Kết quả phân tích TSS trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 TSS Đầu vào 420 380 257 767 527 395 Đầu ra 119 65 98 79 95 111 Hiệu quả xử lý (%) 71,67 82,89 61,87 89,70 81,97 71,90 Đồ thị 4: Giá trị TSS trước và sau bể kỵ khí Hiệu quả xử lý chất thải qua bể phân hủy kỵ khí tương đối cao, trung bình 77,67%. Hàm lượng TSS đầu ra trung bình là 95 mg/L nằm trong TCVN 7586 – 2006 – cột B. Một lượng TSS đi ra là do theo dòng khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy. Chỉ tiêu TKN Bảng 20: Kết quả phân tích TKN trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 TKN Đầu vào 361,67 369,95 198,80 62,65 69,30 54,60 Đầu ra 293,53 297,85 211,40 50,40 55,30 56,35 Hiệu quả xử lý (%) 18,84 19,49 – 19,55 20,20 – Đồ thị 5: Giá trị TKN trước và sau bể kỵ khí TKN đầu vào ở các lần lấy mẫu 1, 2, 3 cao do lượng amonia dùng sử dụng để chống đông mủ cao su nhiều trong quá trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su. TKN đầu ra ở lần 3 và lần 6 cao hơn TKN ở đầu vào nên xử lý không hiệu quả. Chỉ tiêu NH3_N Bảng 21: Kết quả phân tích NH3_N trước và sau bể kỵ khí Chỉ tiêu Vị trí lấy mẫu Số lần lấy mẫu 1 2 3 4 5 6 NH3_N Đầu vào 240,45 253,40 81,20 33,60 50,40 44,45 Đầu ra 265,30 278,95 203,00 49,00 52,00 52,50 Đồ thị 6: Giá trị NH3_N trước và sau bể kỵ khí Kết quả xử lý amoni không có ý nghĩa, vì trong quá trình xử lý kỵ khí hầu hết các nitơ hữu cơ trong nước thải (nitơ sinh ra do sự phân hủy của vi sinh vật đối với các hợp chất có chứa nhóm amin – NH2, các protein) đều bị chuyển hóa thành nitơ dạng amonia. Vì vậy chỉ tiêu amonia của nước thải đầu ra luôn cao hơn so với nước thải đầu vào. Bảng 22: Kết quả giá trị trung bình các chỉ tiêu đầu vào và đầu ra bể kỵ khí Chỉ tiêu Giá trị đầu vào Giá trị đầu ra Hiệu suất xử lý (%) pH 5,28 7,02 – COD 6286 871 86,14 BOD 4265 588 86,21 TSS 458 95 79,26 TKN 186,16 160,81 13,62 NH3_N 117,25 150,13 – Nhận xét chung: Nước thải cao su sau khi qua bể xử lý kỵ khí hàm lượng các chỉ tiêu ô nhiễm: COD, BOD, TSS, TKN đều giảm xuống đáng kể trừ NH3. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD, TSS lần lượt là 85,23%; 84,77%; 77,67%; hiệu quả xử lý TKN không cao khoảng 13,62% và bể kỵ khí không xử lý được chỉ tiêu NH3_N, đầu ra cao hơn đầu vào. Nước thải sau xử lý đã giảm bớt mùi hôi. Hiệu quả xử lý nước thải chế biến cao su tờ qua bể kỵ khí đã góp phần xử lý một lượng lớn các chất gây ô nhiễm. Tuy nhiên, nước thải này vẫn chưa đạt loại B trong TCVN 7586 – 2006, do đó muốn thải ra môi trường phải được tiếp tục xử lý cho đạt. Lượng khí sinh học thu được Bảng 23: Lượng khí sinh học thu được qua các lần đo Số lần đo khí Lượng khí sinh học đo được trong 1 giờ (l/h) Lượng khí thu được trong 1 ngày (l/ngày) 1 28 672 2 33 792 3 27 648 4 28 672 5 32 768 6 30 720 7 27 648 8 29 696 9 36 864 Đồ thị 7: Lượng khí sinh ra trong các lần đo Đối với bể kỵ khí có lưu lượng nước thải 2 m3/ngày.đêm thì lượng khí thu được trung bình là 30 l/h. Do đó: + Lượng khí thu được trong 1 ngày đêm là: 30 (l/h) x 24 = 720 l = 0,72 m3/ngày.đêm. + Vì bể kỵ khí có lưu lượng là 2 m3 nước thải/ngày.đêm nên lượng khí sinh ra trong 1 m3 nước thải là 360 l = 0,36 m3. Lượng khí thu được tùy thuộc vào thời tiết. Vào những ngày mưa khí sinh ra sẽ ít hơn so với những ngày nắng do nhiệt độ thấp hơn nên khả năng sinh khí của bể kỵ khí giảm. Vì nước thải chế biến cao su có hàm lượng các chất hữu cơ và lượng amonia sử dụng chống đông cao nên hơi nước bốc lên từ bể kỵ khí có mùi hôi (H2S, NH3). Buồng thu khí của bể kỵ khí vẫn có hiện tượng nổi bọt khí, nhất là vào các ngày nắng nóng. Khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao, quá trình kỵ khí trong bể xảy ra mạnh, khí sinh ra nhiều. Khi lượng khí sinh ra nhiều sẽ đẩy buồng thu khí đi lên làm cho 1 lượng khí sinh ra bị thoát ra ngoài (có bọt khí nổi lên). 5.3. Khối lượng cao su tờ sấy được từ khí sinh ra Khí sinh ra được sử dụng để sấy cao su tờ. Khối lượng cao su tờ sấy được trung bình là 13,5 kg trong 3 ngày. Lượng khí cần để sấy 13,5 kg là: 720 l/ngày.đêm x 3 = 2160 l = 2,16 m3 Do đó, để sấy 1 tấn cao su tờ ta cần lượng khí là: (2,16 m3 x 1000 kg)/13,5 kg = 160 m3 Thực tế, lượng nước thải sinh ra khi sản xuất 1 tấn cao su là 20 m3. Một ngày xưởng cao su tờ sản xuất được 4 tấn cao su tờ. Vậy lượng nước thải sinh ra trong 1 ngày là: 4 x 20 m3 = 80 m3 Sử dụng toàn bộ lượng nước thải này để sản xuất khí sinh học thì lượng khí sinh ra là: 0,36 m3 x 80 = 28,8 m3 Dùng toàn bộ lượng khí trên để sấy cao su tờ thì sấy được: 28,8 m3 x 1 tấn/160 m3 = 0,18 tấn Thực tế, để sấy 1 tấn cao su tờ người ta dùng 1,65 m3 củi. Giá thành 1 m3 củi là 80 000 VNĐ. Vậy sấy 1 tấn cao su tờ sẽ mất 132 000 VNĐ. Nếu dùng khí sinh học sinh ra từ nước thải xưởng chế biến cao su tờ như trên thì sẽ tiết kiệm được lượng củi là: 0,18 tấn x 1,65 m3 = 0,297 m3 và sẽ tiết kiệm được chi phí là: 0,297 m3 x 80 000 VNĐ = 23 760 (VNĐ). Nhận xét Khi sử dụng khí sinh học sinh ra từ nước thải chế biến cao su tờ ta sẽ tiết kiệm được 4,5% chi phí thay vì phải sử dụng củi sấy cao su tờ. Nó góp phần tiết kiệm được nguồn nguyên liệu đốt mà ngày đang càng cạn kiệt. Đồng thời hạn chế ô nhiễm không khí nếu dùng củi để sấy cao su tờ. Cả 2 điều này góp phần bảo vệ môi trường. Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận Nước thải nhà máy chế biến cao su có tiềm năng khá lớn trong việc sản xuất khí sinh học. Nước thải chế biến cao su có hàm lượng COD và BOD đầu vào lần lượt là 6286 mg/l và 4265 mg/l có khả năng sản sinh một lượng khí sinh học là 360 lít khí/ m3 nước thải/ngày.đêm với lưu lượng là 2 m3/ngày.đêm. Với lượng khí sinh ra như trên, để sấy 1 tấn cao su tờ cần 160 m3 khí. Một nhà máy chế biến cao su tờ có hàm lượng chất hữu cơ như trên, nếu sử dụng toàn bộ lượng nước thải sinh ra trong các công đoạn sản xuất để sản xuất khí sinh học và dùng lượng khí sinh học đó sấy cao su tờ sẽ tiết kiệm được 4,5% chi phí mua củi để sấy. Hàm lượng các chất ô nhiễm trong nước thải chế biến cao su tờ sau khi sản xuất khí sinh học sẽ giảm xuống một lượng đáng kể. Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, BOD, TSS và TKN lần lượt là 85,23%; 84,77%; 77,67% và 13,62%. Sản xuất khí sinh học từ nước thải chế biến cao su và sử dụng khí sinh học đó để sấy cao su tờ không những có lợi về mặt kinh tế mà còn giải quyết vấn đề cạn kiệt nguồn nguyên liệu đốt. Nước thải cao su sau khi sản xuất khí sinh học cũng xử lý một phần lớn chất ô nhiễm làm hạn chế ô nhiễm môi trường. Tất cả những điều này sẽ góp phần bảo vệ môi trường của chúng ta. 6.2. Kiến nghị Nghiên cứu sản xuất và sử dụng khí sinh học từ nước thải chế biến cao su là một trong những nghiên cứu mới ở Việt Nam nên còn nhiều hạn chế. Một số vấn đề hạn chế của mô hình nghiên cứu: - Buồng thu khí ở bể kỵ khí có sự rò rỉ làm mất một lượng khí sinh ra. Cần kiểm tra để khắc phục. - Lò sấy cao su tờ còn hở làm cho nhiệt thất thoát ra ngoài nên hiệu quả sấy cao su bị giảm. - Hiện tại, mô hình nghiên cứu trong luận văn chỉ có 1 lò sấy cao su tờ nên chưa sử dụng hết lượng khí sinh ra từ bể kỵ khí (lượng khí này không được sử dụng nên bị thất thoát ra ngoài). Do đó cần xây thêm 1 lò sấy nữa để sử dụng được hết lượng khí sinh ra. - Nước thải chế biến cao su tờ có hàm lượng COD và BOD còn thấp nên sản sinh khí sinh học chưa cao. Nếu có điều kiện sử dụng nước thải chế biến cao su mủ ly tâm (BOD từ 1500 mg/l – 12000 mg/l và COD từ 3500 mg/l – 35000 mg/l ) thì lượng khí sinh học sản sinh ra sẽ nhiều hơn. Để tiết kiệm nguồn nhiên liệu sấy cao su và góp phần bảo vệ môi trường tại các nhà máy chế biến cao su có thể sử dụng nước thải để sản xuất khí sinh học và sử dụng khí sinh học để sấy cao su.