Đề tài Xử lý chất thải đi kèm tạo sản phẩm (Biotreatment - Bioconversion)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÌNH DƯƠNG KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC SEMINAR SINH HỌC MÔI TRƯỜNG GVHD: Th.s Trần Thị Diệu Hiền SVTH: Nguyễn Quốc Dũng 0707141 Phạm Thị Mai Quyền 0707171 Nhóm 5 Lớp: 04SH02 Đề tài: MỤC LỤC I. GIỚI THIỆU. II. XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐI KÈM TẠO SẢN PHẨM. 2.1 BIO-FUELS VÀ CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG KHÁC. 2.2 NGUYÊN LÝ NĂNG LƯỢNG, SINH KHỐI 2.3 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ SINH KHÍ METAN (CH4) 2.4 CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2 2.5 CÔNG NGHỆ SINH ETANOL III. KẾT LUẬN. I. GIỚI THIỆU. Hiện nay để đáp ứng nhu cầu tồn tại và phát triển của mình, con người đã và đang sử dụng mọi nguồn tài nguyên có thể bên cạnh đó cũng tạo ra nhiều chất thải nguy hại Việc xử lý chất thải hiện nay là việc cấp bách cho sự phát triển bền vững của con người cũng như cho trái đất Ngoài ra trong quá trình xử lý còn có thể tạo ra các sản phẩm có tác dụng và giá trị không nhỏ đối với con người như: etanol, hidro, metan… Xử lý nước thải đáp ứng mục đích đưa dòng thải vào vòng tuần hoàn tự nhiên của vật chất, chất thải được xử lý và phân hủy theo chu trình sinh học tự nhiên. Kết quả của quá trình xử lý là các chất thải được chuyển hóa hoàn toàn thành dòng thải sạch (đủ tiêu chuẩn). Trong quá trình xử lý này, con người không tác động trực tiếp các biện pháp lý hóa vào quy trình khép kín, do đó lượng nước thải sau khi xử lý được đưa vào tự nhiên sạch hơn mà không bị biến đổi thành phần tính chất. II. XỬ LÝ CHẤT THẢI ĐI KÈM TẠO SẢN PHẨM. VÌ SAO CẦN DÙNG DẠNG NĂNG LƯỢNG SẢN XUẤT BẰNG CON ĐƯỜNG SINH HỌC (BIO-FUELS)?  Giải pháp thay thể nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt Giảm phát thải CO2. Giảm ô nhiễm môi trường do các phương tiện giao thông Ít độc hơn các dạng năng lượng hóa thạch như xăng dầu hay  diesel Nguồn cung cấp năng lượng dồi dào, giá thành kiểm soát  được. Mở ra một ngành công nghiệp mới tạo thêm công ăn việc làm  cho người lao động.  2.1 BIO-FUELS & CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG KHÁC  SINH KHỐI SẢN XUẤT BIO-FUELS:NGUYÊN LIệU:   CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNGSINH KHỐI CHO SẢN XUẤT BIO-FUELS:  XỬ LÍ CHẤT THẢI TẠO NĂNG LƯỢNG SINH HỌC Xử lý nhiệt Xử lý sinh học Xử lý cơ học Sản phẩm Thị trường Bio-oil FFuel-gas fuel-gas Nhiệt Etanol Bio-gas Dầu ép Nhiệt phân Khí hóa Đốtt Lên men Phân hủy Xử lý cơ học Hóa chất Nhiệt Điện Nhiên liệu Phương pháp Thuỷ phân Lên men Phân huỷ kỵ khí Phân huỷ hiếu khí Sản phẩm sơ cấp Đường Dung môi hữu cơ, acid, rượu Gas MHV Sản phẩm phân huỷ Phân trộn Sản phẩm thứ cấp Thức ăn động vật Điện Hoá chất hữu cơ metan Chất ổn định đất CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÔI TRƯỜNG XỬ LÝ SINH KHỐI - TẠO SẢN PHẨM XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO SẢN PHẨM  2.2 Nguyên lý năng lượng, sinh khối NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT  NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA  TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT   CƠ CHẤT CHUYỂN HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT  NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA TRONG QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG CỦA VI SINH VẬT 2.3 SINH KHÍ METAN Cơ chế phản ứng kị khí Vi khuẩn sinh metan từ axit acetic (acetoclastic methanogens) Co2 + 4H2 CH4+ 2H2O Vi khuẩn sinh metan từ hydro ( H2- utilizing methanogens) CH3COOH CH4 + CO2 Sản phẩm của thực vật sau Phytoremediation   XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: Nguồn nước thải, chất thải rắn Chế biến phô mai và bơ sữa Chế biến trái cây và rau quả Chế biến đường Chế biến ngũ cốc và lúa mì Sản xuất nước uống Nhà máy bia Chưng cất rượu Chế biến cá và thuỷ hải sản Lò mổ và đóng gói thịt Nước rỉ rác Giấy và bột giấy Dược Sản xuất hoá chất CÔNG NGHỆ SINH KHÍ METAN (CH4)  SINH KHÍ METAN (CH4): HIệU SUấT GIảM COD   SINH KHÍ METAN (CH4): Xử LÝ THEO Mẻ  SINH KHÍ METAN (CH4): Hệ THốNG CSTR SINH KHÍ METAN (CH4): Bể PHÂN HUỷ KHUấY TRộN HOÀN TOÀN   SINH KHÍ METAN (CH4): Bể TIếP XÚC Kị KHÍ  SINH KHÍ METAN (CH4): BÙN Cố ĐịNH   SINH KHÍ METAN (CH4): LọC Kị KHÍ (AF) SINH KHÍ METAN (CH4): UPFLOW ANAEROBIC SLUDGE BLANKET (UASB)  Ưu điểm Kỹ thuật đơn giản, đáng tin cậy Nước ra   Nước vào Tiêu thụ ít năng lượng Hiệu xuất xử lý cao trong thời gian ngắn   2. Nhược điểm Quá trình tạo bùn hạt tốn thời gian và khó kiểm soát Khó xử lý khi hàm lượng chất rắn cao Công nghệ xử chất thải rắn  sinh metan (CH4) XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN -SINH METAN: Xử LÝ Mẻ LIÊN TụC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN -SINH METAN: Xử LÝ ĐẩY ốNG (PLUGLOW) LIÊN TụC XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO KHÍ METAN Yếu tố ảnh hưởng CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: YếU Tố ảNH HƯởNG Nguồn gốc và tính chất của nước thải Hàm lượng chất ô nhiễm hữu cơ Nhiệt độ nước thải Hàm lượng chất rắn lơ lửng Sự hiện diện của các chất độc Tải lượng dự kiến Ức chế do biogas và bùn lắng tạo  thành Tốc độ tạo sinh khối từ chất hữu cơ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: NHU CầU MộT Số VI LƯợNG KIM LOạI CHO VI KHUẩN Kị KHÍ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: VI KHUẩN Kị KHÍ ứC CHế BởI KIM LOạI CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: CHấT HữU CƠ ứC CHế VI KHUẩN SINH METAN XỬ LÝ CHẤT THẢI-TẠO KHÍ METAN ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: SO SÁNH VớI CÔNG NGHệ Xử LÝ HIếU KHÍ Thể tích xử lý hiếu khí lớn gấp 5-10 lần Lượng sinh khối bùn chỉ chiếm 5-20 % sinh khối thu được của xử lý hiếu khí Dinh dưỡng cung cấp chỉ chiếm 5-20 % dinh dưỡng cho xử lý hiếu khí Sinh khối bùn có thể giữ hoạt tính tới 1 năm Không cần năng lượng để cấp khí Hiệu suất sinh mêtan có thể lên đến 12 triệu BTU/1tấn COD phân huỷ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: ƯU ĐIểM Chịu tải lượng lớn Quá trình ổn định Giảm chi phí Giảm diện tích thiết kế Giảm lượng dinh dưỡng N,P,K cung cấp Tiết kiệm năng lượng vận hành Giảm thiểu nhân công vận hành Giảm khí thải đầu ra Chống hiện tượng trào bọt của nước thải Phân hủy được các chất hữu cơ mà không thể phân huỷ hiếu khí Giảm độ độc của các hợp chất cơ Clo Tiên lượng trước được quá trình xử lý CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THẢI -SINH METAN: NHƯợC ĐIểM Giai đoạn thích nghi khá lâu Không hiệu quả với nước thải loãng có độ kiềm cao  họăc chứa nhiều đường Hiệu quả không đủ để thải trong một số trường hợp Đối với nướcthải loãng khó khăn để nâng nhiệt độ lên 35 oC (tối ưu) Trong khí metan có chứa H2S và mùi hôi khác Không thực hiện được quá trình nitrogen hoá Một số hợp chất cơ Clo (alipatic) dễ gây đôc cho Vi  khuẩn sinh metan Ởnhiệt độthấp tốc độphản ứng rất chậm Nồng độ NH4 cao (40-70 mg/l) đòi hỏi hoạt tính tối  đa  2.4 CÔNG NGHỆ SINH KHÍ HYDRO(H2) CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: CƠ CHế QUANG TổNG HợP H2 + e- H2 H2 + ATP + e- H2  Ferredoxin Hydrogenase Ferredoxin Nitrogenase CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: CƠ CHế LÊN MEN H2 + e- H2 NADH NAD+ + H2 Ferredo xin Hydrogenase Ferredoxin CÁC PHƯƠNG PHÁP SảN XUấT H2 SINH HọC Qúa trình Phản ứng Vi sinh vật CÔNG NGHỆ SINH KHÍ H2: LÊN MEN SảN XUấT H2, CH4, ACETATE Từ CHấT THảI CHứA LACTOSE BằNG NUÔI CấY HỗN HợP CLOSTRIDIUM + METHANOTHERMOBACTER VÍ Dụ: SảN XUấT H2, CH4, ACETATE Từ CHấT THảI RắN SINH HOạT Các quá trình qua 2 giai đoạn. A. Giai đoạn 1: vi khuẩn Thermotoga elfii phân hủy chất thải tạo H2 và axit axetic B. Giai đoạn 2: lên men axit axetic tạo ra khí metan III. KẾT LUẬN. Ý nghĩa thực tiễn của việc xử lý nước thải là vô cùng quan trọng trong đời sống. Vừa mang lại lợi ích cho kinh tế, vừa mang lại lợi ích cho xã hội lẫn môi trường. Có thể kể những ý nghĩa quan trọng như : Ứng dụng sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, xử lý chất thải hiệu quả mà không mang lại ảnh hưởng xấu hoặc biến đổi bất lợi khác cho môi trường. Chất lượng nước đầu ra sạch hơn và có tính chất như nước tự nhiên. Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý nước thải. Không cần thiết có sự can thiệp trực tiếp của con người vào quá trình xử lý tự nhiên. Thuận tiện trong công tác vận hành và quản lý. Bên cạnh đó chi phí quản lý cũng thấp do việc quản lý đơn giản hơn. Ngoài ra còn tạo nguồn thu nhập không nhỏ từ các sản phẩm được tạo thành như etanol, metan… Cung cấp nguồn năng lượng mới và sạch cũng như góp phần làm sạch hơn môi trường TÀI LIỆU THAM KHẢO