Trong cuộc khủng hoảng dầu mỏ vào những năm 70 của thế kỷ XX, lần đầu tiên tại Braxin, etanol đã được sử dụng như một nhiên liệu thay thế. Tuy nhiên chỉ trong vòng khoảng 20 năm trở lại đây, đứng trước thách thức về vấn đề an ninh năng lượng và ô nhiễm môi trường, việc sử dụng nhiên liệu sinh học bio-etanol mới được quan tâm đặc biệt. Hiện nay mỗi năm trên thế giới sản xuất khoảng trên 100 tỷ lít etanol, trong đó có 75% dùng làm nhiên liệu. Không nằm ngoài xu hướng chung của thế giới, Việt Nam rất quan tâm đến việc phát triển nhiên liệu sinh học, trong đó có etanol sinh học. Theo lộ trình phát triển nhiên liệu sinh học đã được Chính phủ phê duyệt. Hiện tại, có 4 nhà máy sản xuất cồn sinh học gồm nhà máy sản xuất etanol nhiên liệu Đồng Xanh-Quảng Nam, nhà máy sản xuất cồn Tùng Lâm-Đồng Nai, nhà máy sản xuất etanol nhiên liệu Dung Quất-Quảng Ngãi, nhà máy sản xuất etanol nhiên liệu Bình Phước với tổng công suất 400 triệu lít/năm đã đi vào vận hành.
Quá trình sản xuất ethanol từ nguyên liệu sinh khối thường tạo ra các sản phẩm phụ đi kèm có nguy cơ ô nhiễm cao như: chất thải rắn phát sinh từ bã hèm của quá trình chưng cất, bùn từ xử lý nước thải, tro xỉ than từ đốt nhiên liệu, khí thải phát sinh từ bã thu hồi biogas…, trong đó các chất phát thải từ dịch hèm là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất. Quá trình xử lý dịch hèm trong bể kỵ khí để chuyển hóa phần lớn các chất hữu cơ thành khí sinh học, trong đó có NH3, H2S, VOCs,…, là nguyên nhân gây ra những mùi hôi thối khó chịu, ảnh hưởng xấu đến môi trường
Việc xử lý làm sạch các hợp chất lưu huỳnh trong khí thải đã và đang là vấn đề được các nhà khoa học quan tâm ngày càng nhiều hơn. Trên thế giới hiện đang sử dụng các phương pháp như: hấp thụ vật lý, hấp thụ hóa học, phản ứng oxy hóa hợp chất lưu huỳnh, hấp phụ bằng vật liệu mao quản bề mặt rắn… Nhìn chung hiệu quả của quá trình tách loại lưu huỳnh phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng và độ bền của chất hấp thu. Tại Việt Nam, việc sử dụng vật liệu hấp thu, hấp phụ trên cơ sở ZnO trong tinh chế khí biogas ở nhiệt độ thấp hoặc xử lý khí thải chứa H2S trong các nhà máy lọc và chế biến khí là cao và đang được nghiên cứu. Tuy nhiên, cho đến nay chưa có công trình nào nghiên cứu chế tạo vật liệu để xử lý đa cấp hiệu quả và triệt để khí ô nhiễm trong quá trình sản xuất cồn sinh học từ sắn lát.
Nhằm tạo ra một công nghệ xử lý đa cấp các khí độc, khí có mùi khó chịu, hoạt động tốt ở các công suất vận hành khác nhau, nồng độ, thành phần khí khác nhau bằng các quá trình hấp thu kết hợp với hấp phụ và tái sinh liên tục, giúp xử lý triệt để khí thải và hạn chế tối đa phát thải thứ cấp. Nhóm nghiên cứu do ThS. Nguyễn Thị Thu Trang, Phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ lọc, hóa dầu, đứng đầu đã kiến nghị và được phê duyệt thực hiện đề tài:“Nghiên cứu công nghệ và chế tạo hệ thiết bị đa cấp để xử lý hiệu quả và triệt để khí ô nhiễm trong quá trình sản xuất cồn sinh học từ sắn lát”.
Sau một thời gian thực hiện, nhóm nghiên cứu đã thu được các kết quả như sau:
- Về kết quả nghiên cứu tổng hợp vật liệu
– Đã chế tạo thành công dung dịch hấp thụ H2S, trên cơ sở phức sắt chelat, để xử
lý sơ cấp H2S;
– Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu tổ hợp dạng viên trên cơ sở Fe2O3 và composite micro-nano ZnO biến tính bằng các ôxit kim loại và tiến hành tạo viên cho vật liệu. Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng của các nano oxit CuO, Fe2O3, ZnO và ZnO micro lần lượt là 3,9%, 4%, 7% và 85%, vật liệu thu được có dung lượng hấp thu H2S cực đại là 17,36g S/100 g vật liệu, tương đương 217 kg/m3;
– Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thu tổ hợp trên cơ sở Fe2O3 và composite micro-nano ZnO biến tính bằng các ôxit kim loại, được mang trên khung gốm monolith. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phương pháp đưa chất mang lên khung gốm monolith là nhúng trong huyền phù, hàm lượng của pha hoạt tính thích hợp là 0,2% sau 3 lần tẩm, vật liệu thu được có khả năng xử lý H2S đến nồng độ < 200 ppb, tương đương < 0,25 kg/m3;
– Đã nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp phụ – xúc tác. Kết quả cho thấy, kim loại hoạt tính được ngâm tẩm lên THT là Cu và Mn với tỷ lệ mol thích hợp của chúng là 1:0,5; vật liệu hấp phụ – xúc tác thu được có diện tích bề mặt riêng 890 m2/g, thể tích mao quản lớn 0,56 ml/g, dung lượng hấp phụ cực đại đạt 24,9 g chất bị hấp thu/100 g vật liệu, tương đương 151,9 kg/m3, số chu kỳ hoàn nguyên là 120 lần, nhiệt độ hoàn nguyên thích hợp là 240oC.
– Đã đưa ra Báo cáo đánh giá sơ bộ hiệu quả kinh tế – kỹ thuật và môi trường của
qui trình và đề xuất phương án triển khai ở qui mô lớn hơn. Kết quả cho thấy, chi phí cho quá trình xử lý khí thải chứa H2S bằng hệ thiết bị đa cấp của đề tài thấp hơn nhiều so với các vật liệu mà Nhà máy Bio-etanol Dung Quất sử dụng trước đây, đồng thời không phát sinh chất thải thứ cấp, hệ thiết bị sử dụng được trong thời gian dài mới phải bổ sung hoặc thay thế một phần vật liệu;
– Đã chế tạo 700 kg vật liệu hấp thu tổ hợp dạng viên trên cơ sở Fe2O3 và composite micro-nano ZnO biến tính bằng các ôxit kim loại; 0,7m3 vật liệu hấp thu tổ hợp trên cơ sở Fe2O3 và composite micro-nano ZnO biến tính bằng các ôxit kim loại, được mang trên khung gốm monolith; 304,5 kg vật liệu hấp phụ-xúc tác, có chất lượng đạt tiêu chuẩn như đã đăng ký.
- Về kết quả nghiên cứu qui trình công nghệ
– Đã đưa ra qui trình công nghệ hoàn chỉnh để tổng hợp chất hấp thu tổ hợp trên cơ sở các oxit kim loại để xử lý đa cấp khí ô nhiễm trong quá trình sản xuất cồn sinh học từ sắn lát;
– Đã đưa ra qui trình tổng hợp vật liệu hấp phụ hoàn chỉnh để xử lý triệt để các thành phần ô nhiễm còn lại từ quá trình xử lý phía trước;
– Đã đưa ra qui trình hoàn chỉnh để hoàn nguyên vật liệu hấp phụ, vật liệu sau hoàn nguyên có hoạt tính và dung lượng hấp phụ gần như không đổi, vật liệu có khả năng tái sử dụng sau 120 chu kỳ.
- Về hệ thống thiết bị xử lý khí thải
Đã thiết kế, chế tạo, lắp đặt và vận hành hệ thiết bị xử lý khí thải công suất 40 m3/h, hoạt động theo nguyên lý liên tục, gồm 5 tháp mắc nối tiếp nhau, bao gồm: 1 tháp hấp thụ – hoàn nguyên để xử lý sơ bộ H2S trong khí thải xuống khoảng 20-30 kg/m3, 1 tháp hấp thu chính để xử lý tinh H2S xuống hàm lượng khoảng 5-10 kg/m3, 1 tháp hấp thu thứ cấp để xử lý triệt để H2S xuống hàm lượng dưới 0,25 kg/m3, 2 tháp hấp phụ – hoàn nguyên làm việc luân phiên, cho phép xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm còn lại trong khí thải từ các quá trình xử lý trước sao cho nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải đạt mức cho phép theo QCVN 19:2009/BTNMT và QCVN 20:2009/BTNMT về khí thải công nghiệp.
- Về thử nghiệm xử lý khí thải thực trên thiết bị 1 m3
Đề tài đã tiến hành thử nghiệm xử lý khí thực trên hệ thiết bị 1 m3 và đưa ra Báo
cáo về kết quả thử nghiệm xử lý khí thực trên hệ thiết bị thể tích 1m3 có độ tin cậy cao, thể hiện đầy đủ kết quả thử nghiệm. Khí ô nhiễm sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn khí thải QCVN 19:2009/BTNMT và QCVN 20:2009/BTNMT về khí thải công nghiệp.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 13294/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.
P.T.T (NASATI)