CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG XỬ LÝ BÙN THẢI VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

1.Tổng quan1.1.Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải1.2.Một số phương pháp xử lý bùn1.3.Nguyên lý hoạt động của vi sóng2.Ứng dụng của vi sóng trong xử lý bùn thải2.1.Hòa tan bùn thải2.2.Sự tăng cường phân hủy yếm khí2.3.Khả năng khử nước của bùn2.4.Loại bỏ các mầm bệnh2.5.Kết hợp để tiền xử lý bùn thải2.5.1.MW kiềm acid2.5.2.MW oxi hóa bậc cao (MW H2O2 AOP)2.6.Thu hồi tài nguyên2.6.1.Chất dinh dưỡng2.6.2.Kim loại nặng2.6.2.1.Thu hồi kim loại2.6.2.2.Cố định kim loại nặng2.6.3.Thu hồi nhiên liệu sinh học3.Đánh giá và kết luận3.1.Đánh giá3.1.1.Ưu nhược điểm của công nghệ MW3.1.2.Các nhân tố ảnh hưởng đến tiến trình xử lý bùn bằng MW3.1.3.Khả năng ứng dụng MW tại Việt Nam3.2.Kết luận3.2.1.Cốt lõi của việc chiếu xạ vi sóng để xử lý bùn3.2.2.Hướng nghiên cứu trong tương lai4.Đề xuất – Kiến nghị

ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG XỬ LÝ BÙN THẢI VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

1. Tổng quan

1.1. Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải

1.2. Một số phương pháp xử lý bùn

1.3. Nguyên lý hoạt động của vi sóng

2. Ứng dụng của vi sóng trong xử lý bùn thải

2.1. Hòa tan bùn thải

2.2. Sự tăng cường phân hủy yếm khí

2.3. Khả năng khử nước của bùn

2.4. Loại bỏ các mầm bệnh

2.5. Kết hợp để tiền xử lý bùn thải

2.5.1.MW- kiềm/ acid

2.5.2.MW- oxi hóa bậc cao (MW/ H2 O 2 - AOP)

2.6. Thu hồi tài nguyên

2.6.1.Chất dinh dưỡng

2.6.2.Kim loại nặng

2.6.2.1. Thu hồi kim loại

2.6.2.2. Cố định kim loại nặng

2.6.3.Thu hồi nhiên liệu sinh học

3. Đánh giá và kết luận

3.1. Đánh giá

3.1.1.Ưu nhược điểm của công nghệ MW

3.1.2.Các nhân tố ảnh hưởng đến tiến trình xử lý bùn bằng MW

3.1.3.Khả năng ứng dụng MW tại Việt Nam

3.2. Kết luận

3.2.1.Cốt lõi của việc chiếu xạ vi sóng để xử lý bùn

3.2.2.Hướng nghiên cứu trong tương lai

4. Đề xuất – Kiến nghị

1. Tổng quan

1.1. Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải

- Nguồn gốc: bùn thải được phát sinh từ quá trình xử lý nước thải của các nhà máy, khu công nghiệp

- Hiện trạng: sự quản lý lượng bùn dư là vấn đề cần quan tâm vì sự tăng liên tục của bùn và tiêu chuẩn chất lượng môi trường nghiêm ngặt Phương pháp thải bỏ bùn truyền thống như đốt ra tro, thải bỏ ở bãi chôn lấp hay trong đại dương đang đối mặt với áp lực và sự phản đối của các cơ quan môi trường và cộng đồng Sự ứng dụng bùn thải như là phân bón có thể là một biện pháp được chọn Tuy nhiên, sự hiện diện của mầm bệnh, kim loại nặng, PAH, PCB và dioxins trong bùn làm hạn chế khả năng tái

sử dụng nó như là phân bón

1.2. Một số phương pháp xử lý bùn

Trong những thời gian gần đây, 3 chiến lược giảm lượng bùn: giảm lượng bùn trong dòng nước thải, giảm lượng bùn trong dòng bùn (tiền xử lý bằng nhiệt, vật lý, hóa học để tăng cường thủy phân bùn trước khi phân hủy yếm khí), giảm lượng bùn trong dòng thải cuối cùng ( đốt ra tro và nhiệt phân) Quá trình tiền xử lý trong dòng bùn có thể phá vỡ các hợp chất polymer ngoại bào (EPS) và mạng lưới cation hóa trị

II và do đó, làm tăng khả năng phân hủy sinh học của bùn thải đã được hoạt hóa (WAS) Ưu điểm chính của phương pháp tiền xử lý( nhiệt, ultrasonication, acid-ba zơ,

sự phân hủy cơ học và sự ô zôn hóa) là bùn không cần bước khử nước trước khi vào quá trình xử lý và xử lý bùn thông qua quá trình thủy phân là công nghệ sạch (không cần nhà máy làm sạch các khí phức tạp từ quá trình đốt ra tro)

Sử dụng kỹ thuật vi sóng cho xử lý bùn thải bằng nhiệt Thông qua phân hủy bùn

đề cải thiện sự phân hủy yếm khí, ổn định kim loại nặng, khử trùng bùn, thu hồi tài nguyên như khí sinh học giàu năng lượng, dầu sinh học và chất dinh dưỡng Động lực chính làm tăng ứng dụng của vi sóng: khả năng đốt nóng nhanh chóng, tăng tỷ lệ phản ứng, dễ kiểm soát và tăng hiệu quả năng lượng và hiệu quả nhiệt cao Do đó, kỹ thuật

vi sóng có nhiều tiềm năng như là nguồn sinh nhiệt thay thế cho xử lý dòng thải và xử

lý ô nhiễm môi trường

1.3. Nguyên lý hoạt động của vi sóng

Trong dải quang phổ điện từ, bức xạ vi sóng xảy ra ở độ dài bước sóng 1m-1mm tương ứng với tần số 300 MHz( 3108 vòng/giây) đến 300GHz(31011 vòng/giây) Vi sóng trong công nghiệp thường hoạt động tại tần số 2.45GHz vì nó được thiết kế cho chế biến thực phẩm; nước trong thực phẩm là chất hấp thụ tốt MW tại tần số này Năng lượng MW hấp thụ được chuyển đổi thành nhiệt trong vật liệu, kết quả là làm tăng nhiệt độ Phần lớn lượng nhiệt này làm tăng nhiệt độ của vật liệu làm cho phần bên trong trở nên nóng hơn bề mặt( vì bề mặt bị mất nhiệt do môi trường xung quanh mát hơn) Điều này ngược với cách gia nhiệt truyền thống là nguồn nhiệt từ bên ngoài cung cấp cho bề mặt bên ngoài vật liệu rồi từ đó khuếch tán vào bên trong Việc

làm nóng bằng sóng siêu âm không cần làm nóng quá mức bề mặt và làm giảm sự phá hủy bề mặt trong quá trình làm khô vật liệu ướt

Cơ chế của bức xạ vi sóng bao gồm hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng không nhiệt Với

vi sóng, “hiệu ứng không nhiệt” đề cập đến ảnh hưởng không liên quan đến việc tăng nhiệt độ, trong khi hiệu ứng nhiệt đề cập quá trình phát sinh nhiệt là sự hấp thụ năng lượng vi sóng của nước hay các hợp chất hữu cơ

2. Ứng dụng của vi sóng trong xử lý bùn thải

2.1. Hòa tan bùn thải

Bức xạ vi sóng có thể phá vỡ các bông bùn và tế bào và giải phóng chất hữu cơ vào pha hòa tan Thành phần hữu cơ chính được tìm thấy trong bùn là carbohydrates, proteins và lipid Dưới bức xạ MW, sự thủy phân bùn diễn ra như sau: Lipid bị thủy phân thành các acid palmitic, stearic, oleic; proteins bị hủy phân thành chuỗi acid no

và không no, NH3, CO2; carbohydrates bị thủy phân thành polysaccharides có khối lượng phân tử nhỏ hơn và thậm chí có thể thành đường đơn Tiền xử lý bằng sóng siêu

âm tại 960 C làm tăng 71% nồng độ protein hòa tan Tuy nhiên, việc giải phóng phần hữu cơ hòa tan vào pha nổi trên mặt phụ thuộc vào mức độ tan rã tại nhiệt độ MW khác nhau, sự tăng nồng độ đáng kể từ 0.07 lên 0.85g/L lipid, 0.15 lên 0.9g/L protein

và 0.07 lên 0.9g/L carbohydrates

Sự tăng nồng độ nhu cầu oxi hóa học hòa tan (SCOD) cũng cho thấy sự phân hủy đáng kể cấu trúc bông bùn WAS và giải phóng polimer sinh học nội bào và ngoại bào ( protein và đường) từ các bông bùn đã được hoạt hóa vào pha hòa tan Hàm lượng nước cao thì không thích hợp cho sự hòa tan chất rắn, trong khi hàm lượng nước thấp năng lượng đầu vào ít sẽ dẫn tới hòa tan bùn lớn hơn Nhiều năng lượng bị tiêu thụ trong việc tăng nhiệt độ bùn có hàm lượng nước cao, điều này làm giảm hiệu quả năng lượng trong việc hòa tan bùn Phương pháp vi sóng đã thành công trong việc phân hủy hiệu quả bông bùn do đó làm tăng tỷ lệ phân hủy sinh học hàm lượng chất rắn trong toàn bộ pha lỏng của bùn thải Tuy nhiên, mức độ hòa tan bùn sẽ bị ảnh hưởng bởi: hàm lượng nước, nồng độ chất rắn, loại bùn ( sơ cấp, thứ cấp, hỗn hợp), nhiệt độ xử lý, cường độ năng lượng và thời gian phản ứng

2.2. Sự tăng cường phân hủy yếm khí

Phân hủy yếm khí là phương pháp tiện lợi và kinh tế để xử lý cả bùn sinh hoạt và công nghiệp Tuy nhiên, sự áp dụng của nó bị giới hạn bởi thời gian lưu dài (20-50 ngày) và hiệu quả phân hủy thấp (20%-50%); dẫn đến sự thủy phân thấp của WAS Bức xạ vi sóng là bước tiền thủy phân hiệu quả để phân hủy chất rắn sinh học và để tăng cường sự phân hủy yếm khí bùn COD được loại bỏ và CH4 tăng lên là 64% và 79% từ sự phân hủy mesophilic Do đó, sự phân hủy yếm khí của bùn đã được tiền xử

lý bằng MW giảm được thời gian lưu bùn từ 15 ngày xuống 8 ngày Bùn phân hủy

bằng MW cho thấy sản phẩm khí sinh học cao hơn 16.4% và 6.3% so với sự phân hủy bùn có kiểm soát và phương pháp nhiệt truyền thống

Mặt khác, phân hủy yếm khí bùn được xử lý bằng MW (tiền xử lý ở nhiệt độ cao hơn) đạt được hiệu quả phân hủy cao hơn và sản phẩm khí sinh học tốt hơn so với tiền

xử lý ở nhiệt độ thấp hơn(<100 độ C)

2.3. Khả năng khử nước của bùn

Khử nước trong bùn là bước cơ bản trong xử lý bùn vì nó giảm được thể tích bùn

và chi phí vận chuyển khi thải bỏ Bùn được xử lý bằng MW được cải thiện đáng kể 17.6% so với phân hủy bùn kiểm soát và 13.8% so với phương pháp nhiệt truyền thống Tiền xử lý bùn tăng cường vi sóng và phân hủy yếm khí tiếp theo cho thấy sự cải thiện tính khử nước trong bùn và vận tốc lắng cao hơn phương pháp nhiệt truyền thống Hơn nữa, thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần thiết để đạt được khả năng khử nước trong bùn cao hơn Bông bùn bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ hơn với thời gian tiếp xúc ngắn, và các mảnh nhỏ có thể tạo bông trở lại thành các các hạt lớn hơn với các chất tạo bông, vì vậy làm tăng khả năng khử nước của bùn

2.4. Loại bỏ các mầm bệnh

Kỹ thuật vi sóng(MW) có hiệu quả trong việc phá hủy các mầm bệnh trong bùn thải và chất rắn sinh học Trong khoảng nhiệt độ từ 570 C đến 680 C, vi sóng làm giảm hoạt động của vi khuẩn Tuy nhiên ở nhiệt độ trên 680 C, hiệu ứng nhiệt của MW phá

vỡ liên kết hydro làm chết tế bào vi khuẩn Hơn nữa, màng tế bào là màng lipid kép

có tính thấm chọn lọc, và lipid hấp thụ MW; do đó sóng siêu âm có thể gây tổn

thương đáng kể đến màng tế bào, do đó giải phóng các vật liệu trong tế bào và làm chết tế bào Một số nghiên cứu cho thấy MW có thể ảnh hưởng đến cấu trúc nhiễm sắc thể, chức năng và khả năng chịu đựng của tế bào với chất gây đột biến tiêu chuẩn

và sửa chữa tổn thương

Kỹ thuật vi sóng có thể phá hủy đáng kể mầm bệnh tại nhiệt độ xử lý 70-1000 C

và nó có thể tạo ra bùn an toàn cho môi trường Vi sóng tấn công màng tế bào một cách nhanh chóng và làm giảm hoạt động của vi khuẩn Sau khi tích lũy năng lượng,

sự phá hủy tế bào và ức chế hoạt động vi khuẩn diễn ra nhanh chóng trên 570 C Do

đó, Vì vậy, ngoài việc sử dụng để tiệt trùng và khử trùng trong công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật MW-chiếu xạ có thể được áp dụng tiệt trùng cho bùn Tuy nhiên, hiệu quả của các điều kiện xử lý MW khác nhau trong việc loại bỏ coliform được nghiên cứu rộng rãi

2.5. Kết hợp để tiền xử lý bùn thải

2.5.1.MW- kiềm/ acid

Việc kết hợp tiền xử lý nhiệt-hóa đạt kết quả cao trong quá trình hòa tan VSS hơn hẳn so với xử lý đơn lẻ bằng phương pháp nhiệt hoặc phương pháp hóa học trong xử

lý bùn Tuy nhiên, những phương pháp xử lý bằng nhiệt hoặc hóa học truyền thống

thường tiêu tốn thời gian nhiều Do đó, xử ý bằng cách kết hợp MW-hóa là một

phương pháp thay thế hữu hiệu để xử lý bùn thải

Bảng 5 Hiệu quả của việc kết hợp MW-kiềm đối với xử lý bùn thải

2g/L NaOH ở 850C

120-1700C và 0,2g NaOH rắn- phản

ứng trong 5 phút

1600C với NaOH (pH=12)

2100C-0,2g NaOH/g SS- phản ứng

trong 35 phút

MW-kiềm (600w- 2 phút và 1,5g/L

NaOH, pH=12, phản ứng trong 10 phút)

MW-kiềm (900W-950C; pH=12)

Lượng COD hòa tan tăng từ 2% lên đến 21.7%

50-70% VSS hòa tan và 80% COD hòa tan

Lượng COD hòa tan tăng đáng kể từ 0,5% lên đến 34%, 43,5%; hiệu quả sinh khí biogas tăng

85,1% VSS hòa tan; metan sinh ra cao hơn 14%

Lượng COD hòa tan tăng đáng kể từ 0,33% lên đến 45%

Lượng COD hòa tan tăng từ 0,5% lên đến 52,5%

Những kết quả trên đây cho thấy rằng việc kết hợp MW và có thể nâng cao khả

năng hòa tan bùn thải và quá trình phân giải kị khí hơn hẳn việc xử lý đơn lẻ bằng

MW và kiềm Xử lý đơn lẻ bằng MW là quá trình xử lý chuyên sâu để giúp bùn hòa

tan tốt hơn; tuy nhiên, việc kết hợp thêm kiềm với MW sẽ giảm năng lượng tiêu thụ

khi sử dụng phương pháp MW và tiết kiệm chi phí

2.5.2.MW- oxi hóa bậc cao (MW/ H2 O 2 - AOP)

Quá trình OXH bậc cao là phương pháp sạch và hiệu quả được xem như một

trong những công nghệ xanh để xử lý bùn thải AOP là quá trình xử lý dựa trên việc

tạo ra các gốc tự do, đặc biệt là OH•, những gốc này có khả năng OXH rất mạnh với

thế OXH là 2,33V Điều này giúp tăng tốc quá trình phản ứng; tuy nhiên, chi phí hoạt

động rất cao

Bảng 6 Hiệu quả của phương pháp kết hợp MW-AOP để hòa tan bùn thải

MW ( 200C/phút) trong 5 phút và H2O2

71mL/L

800C trong 5 phút, 1mL H2O2 (30%)/1%

TS-2,9% TS

MW/H2O2 (1%)-AOP; 80% trong 3

phút

Hơn 96% TCOD được hòa tan vào dung dịch

Tăng 25% SCOD Tăng 18% COD hòa tan COD hòa tan tăng từ 3% đến 24%

1200C-10 phút, 1g H2O2(30%)/g TS-6,4%

800C-3 phút với H2O2 2% TS-0,5%

70oC- H2O2 0,1%

SCOD bằng 87% COD tổng Lượng SCOD lớn nhất xấp xi 1000mg/L

(TCOD đạt 25% trong bùn ban đầu)

2.6. Thu hồi tài nguyên

2.6.1.Chất dinh dưỡng

Bùn thải chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng, Phospho (0,5-0,7% TS) và nito

(2,4%-5,0%); những chất dinh dưỡng này tồn tại chính trong các dạng protein Sự cắt

mạch và hòa tan sinh khối của bùn thải và chuyển chúng thành amoni và phosphate cá

thể được sử dụng để sản xuất phân bón như Magie amoni phosphate (struvite), có thể

bón trực tiếp vào đất Do đó, quản lý nguồn dinh dưỡng từ bùn bền vững để có thể thu

hồi hiệu quả nguồn dinh dưỡng này nhằm mục đích sản xuất ra những sản phẩm có

giá trị

Bảng 7 Hiệu quả của phương pháp xử lý MW trong việc thu hồi dinh dưỡng

1000 W, 5 phút, 100oC

170oC trong 5 phút với H2O2 50mL/L

5 phút ở 100oC+H2O2 3 wt% 5 phút ở

120oC 3wt%

MW(1200C)/H2O2(35mL/L)/H2SO4

(17mL/L)

200OC và 2mL H2O2

200oC và, 2mL H2O2 và 0,5mL H2SO4

120oC trong 5 phút và 2wt% H2O2

900 W trong 1 phút

70oC và 0,1 wt% H2O2

76% tổng lượng phosphate (TP) được hòa tan vào dung dịch

Hơn 84% lượng phophorus hòa tan vào dung dịch

61% phosphorus hòa tan và 47%

amonia hòa tan 52,6% TKN hòa tan 95,5% TP hòa tan 95,5% TP hòa tan 76%orthophosphate/TP và 19% NH3/N hòa tan

Tăng 45% nồng độ NH4-N 10% phosphorus hòa tan dưới dạng ortho-phophorus

2.6.2.Kim loại nặng

2.6.2.1. Thu hồi kim loại

Hầu hết ion kim loại trong bùn đều có thể được thu hồi bằng chiết tách với acid

Hơn nữa, năng lượng MW có thể được sử dụng trong hệ thống thu hồi kim loại, như

đốt, sấy, ri, phơi khô, nung chảy và quản lý chất thải Chiết tách nhanh dung môi và

hòa tan nhanh nhiều dạng chất rắn là những ứng dụng phổ biến của MW Bảng 8 tóm

tắt những kết quả thu được từ những nghiên cứu khảo sát MW trong việc thu hồi KLN

Bảng 8 Hiệu quả của MW trong việc thu hồi KLN

90 W, 30 giây, bùn cống thải

10 phút, 800 W sử dụng acid sulfuric,

bùn công nghiệp

70oC, 90 phút, TWAS

900 W , 60 giây, bùn cống thải

800 W trong 20 phút-H2SO4

Lượng Ni thu hồi 98,8%, Zn 100,2%,

Cu 93,3%, Pb 442,5%

85% Cu rỏ ri qua bùn thải Công nghiệp

63% As; 61% Mb; 37% Ni; 27% Cu hòa tan vào dung dịch

Hiệu quả thu hồi KLN tăng từ 95,3 len 104%

90% Cu được chiết tách từ bùn thô (<95nm) và bùn mịn (<150nm)

2.6.2.2. Cố định kim loại nặng

Sau khi bùn thải trải qua quá trình chiết tách để giữ lại các KLN, thì nồng độ các KLN trong đó vẫn còn cao và vẫn cần được xử lý bằng kĩ thuật cố định.Xi măng hóa

là phương pháp cố định KLN trong xi măng Tuy nhiên, xi măng hóa là tăng đáng kế thể tích bùn thải và nó làm giảm tuổi thọ của khu vực bãi chôn lấp Công nghệ MW cho thấy tiềm năng của việc cố định KLN trong bùn thải

Bảng 9 Hiệu quả MW dùng cố định KLN

0,8g-Fe/40g bùn; 600 W trong 3 phút

1,73 g Na2S; xử lý MW cho N (600

W-12 phút)

0,39g bột Al; 800 w- 10 phút

800 W -phút; bột sắt bị từ trường hóa

800 W - 30 phút MW/carbon hoạt tính/

Na2HPO4 trong hỗn hợp bùn/carbon

hoạt tính/lỏng 05/0,5/1

Chitosan 4,0g/40g bùn rắn; 800 W- 12

phút

1,73g/40g Na2S rắn, kết hợp MW

(600W- 9 phút và 5L/phút trong 15

phút)

1 g Bari manganate trộn vào bùn công

nghiệp, sóng siêu âm 600 W và 800 W

Alpha- nhôm nồng độ 0,5g/40g bùn tại

600 W, 9 phút

Gamma-nhôm nồng độ 0,5g/40g bùn tại

Lượng Cu rỏ ri giảm từ 179,4 xuống còn 6,5 mg/L

Nồng độ Cu giảm từ 90mg/L còn 0,68mg/L

Nồng độ Cu giảm từ 100mg/L còn < 5mg/L

Nồng độ Cu giảm từ 2082mg/L còn 15mg/L

Ti lệ Cu được cố định lên đến 94%

Nồng độ Cu giảm từ 90,2mg/L còn 2,52mg/L Cố định hoàn toàn Cr và Cd Nồng độ Cu giảm từ 90mg/L còn 5mg/L

Co61 định hoàn toàn Cd, Ni và Cu Nồng độ Cu giảm từ 132mg/L còn 25mg/L

600 W, 9 phút

Nồng độ Cu giảm từ 132mg/L còn 0,7mg/L

2.6.3.Thu hồi nhiên liệu sinh học

Hydrogen là một năng lượng thay thế đầy hứa hẹn cho nguồn nhiên liệu hóa thạch Đây là nguồn nhiên liệu thân thiện do nó sẽ phản ứng với oxygen tạo thành nước khi đốt Hydrogen có năng lượng lớn (122kJ/g) hơn 2,75 lần năng lượng

hydrocabon Hydrogen có thể được sản xuất từ con đường hóa học hoặc sinh học Theo con đường sinh học, hydrogen được sản xuất từ quá trình quang tổng hợp và lên men, con đường này thân thiện với môi trường và ít tiêu tốn năng lượng hơn con đường hóa học.Tiền xử lý bằng sóng siêu âm được áp dụng nhằm mục đích hòa tan các thành phần hữu cơ trong bùn và cải thiện hiệu quả phân giải kị khí

Bảng 10 Hiệu quả của MW trong việc thu hồi bio-gas

1000 W trong 10 phút, 10400C, hấp thụ

MW bằng graphite hoặc than

560 W-2 phút, sử dụng chủng

Pseudomonas sp Trong quá trình kị khí

850 W-3 phút

Lượng hydrogen sinh ra cao hơn (38%), khí tổng hợp (66%)

Tăng đáng kể lượng hydrogen sinh ra đến 11,04 mL/g TCOD (18,28 mL H2/g DS) trong khoảng 10h

Lượng hydrogen sinh ra cao hơn (12,77

mL H2/g TCOD) so với bùn thô (0,18 mL/gTCOD)

3. Đánh giá và kết luận

3.1. Đánh giá

3.1.1.Ưu nhược điểm của công nghệ MW

- Ưu điểm:

o Giải pháp thay thế hiệu quả cho công nghệ nhiệt hiện tại (làm nóng nhanh và có chọn lọc)

o Hiệu quả cao và không cần phải có sự tiếp xúc giữa nguồn nhiệt và vật liệu bị gia nhiệt

o Công nghệ MW có thể đạt tới nhiệt độ mong muốn trong một khoảng thời gian ngắn

o Tiền xử lý bằng sóng siêu âm có nhiều ưu điểm về hiệu quả nhiệt

o Cải thiện về chất lượng sản phẩm: không giống như phương pháp truyền thống, MW tránh được sự thay đổi về mặt bản chất và bề mặt của vật liệu so với phương pháp truyền thống

o Nhiệt thâm nhập vào vật liệu nhanh hơn

o Gia nhiệt có chọn lọc

o Tăng tính linh hoạt

o Tiết kiệm không gian

o Môi trường làm việc an toàn và trong lành cho công nhân

o Thân thiện với môi trường

o Xử lý được các mầm bệnh

- Nhược điểm:

o Thiếu dữ liệu cơ bản cho vật liệu của cặp điện cực

o Sự phát triển và mở rộng còn gặp nhiều khó khăn trong quy mô công nghiệp

o Ứng dụng của MW trong công nghiệp đốt chưa được phát triển do thiếu về mặt kiến thức, hiểu biết

3.1.2.Các nhân tố ảnh hưởng đến tiến trình xử lý bùn bằng MW

Tiến trình Nhân tố ảnh

hưởng

Mô tả

Bùn hòa

tan (về COD và

chất rắn bay

hơi)

Hàm lượng tổng chất rắn, năng lượng sóng siêu âm và xử lý nhiệt

Lượng SCOD cao sẽ chứa mẫu có hàm lượng tổng chất rắn, năng lượng sóng siêu âm và nhiệt độ cao năng lượng sóng siêu âm cao với nhiệt độ cao

có thể không chi phá vỡ các floc và các vật liệu ngoại bào mà còn tiêu diệt các tế bào và giải phóng gian bào từ tế bào này vào trong pha nước

Bùn được

tách nước

Thời gian tiếp xúc

Khả năng tách nước của bùn phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc với sóng siêu âm Thời gian tiếp xúc ngắn (30 – 90s) bùn được tách nước tăng nhẹ, trong khi nếu thời gian dài thì tách nước mạnh Tăng thời gian tiếp xúc không chi thu hồi nhiều năng lượng

mà còn làm xấu đi các điều kiện ảnh hưởng

Thu hồi

dưỡng

Năng lượng sóng siêu âm, nhiệt độ hoạt động, giai đoạn làm nóng, nồng độ tổng chất rắn, sự hòa trộn

Nhiệt độ hoạt động cao, thời gian phản ứng dài, nồng độ tổng chất rắn cao ảnh hưởng có lợi đến mức độ photpho và amoniac hòa tan từ bùn thải Ảnh hưởng của sự hòa trộn được quan sát rõ hơn ở các chất dinh dưỡng được hòa tan cao hơn so với việc không pha trộn

Tiêu thụ

năng lượng Hàm lượng nước thu hồi năng lượng do đó hàm lượng nước thấp làHàm lượng nước bùn ảnh hưởng đến hiệu quả

cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tuy nhiên, tiêu thụ năng lượng tăng khi tăng nhiệt

độ của WAS với hàm lượng nước cao bởi vì nước

có nhiệt dung cao và có thể hấp thụ nhiều năng lượng khi nhiệt độ tăng nhẹ

Nhiệt độ Năng lượng sóng Năng lượng sóng siêu âm lớn và thời gian tiếp

bùn siêu âm và thời gian

tiếp xúc xúc ngắn thì cần thiết cho nhiệt độ bùn để đạt đếnđiểm sôi

3.1.3.Đánh giá khả năng ứng dụng MW tại Việt Nam

Việc ứng dụng MW trong xử lý bùn thải tại Việt Nam sẽ đem lại nhiều lợi ích về kinh tế và môi trường và sức khỏe con người: giảm chi phí năng lượng điện, vận

chuyển, sinh lời từ các sản phẩm phụ, giảm sử dụng năng lượng hóa thạch cho công

nghệ thiêu đốt, hạn chế phát sinh ô nhiễm khí và hạn chế phát sinh mùi, phát triển

mầm bệnh

3.2. Kết luận

3.2.1.Cốt lõi của việc chiếu xạ sóng siêu âm để xử lý bùn

- Lợi ích hơn sưởi thông thường

Sưởi bằng vi sóng hiệu quả hơn sưởi thông thường, chiếu xạ MW làm giảm thời gian phản ứng so với sưởi nhiệt thông thường yêu cầu nhiều thời gian hơn để làm

nóng mẫu Chiếu xạ MW có thể tập trung làm nóng bên trong vật liệu một cách trực

tiếp mà giảm thiểu tới mức nhỏ nhất sự tổn thất nhiệt thông qua sự đối lưu và dẫn

nhiệt Ngược lại, vật liệu được làm nóng bằng nhiệt thông thường thì nó sẽ được làm nóng từ bên ngoài vào trong, do đó xảy ra hiện tượng mất nhiệt

- Tăng cường hòa tan bùn và phân hủy yếm khí

Chiếu xạ MW có hiệu quả để cải thiện khả năng phân hủy sinh học bùn bởi sự

phá hủy cấu trúc bùn hoạt tính và màng tế bào và bằng cách giải phóng ngoại bào và các hợp chất trong tế bào (protein, đường, acid nucleic) với sự hòa tan của các hạt

Kết quả là tăng cường sản phẩm khí sinh học và loại bỏ VS Do đó, chiếu xạ MW

giúp thu hồi một lượng lớn khí sinh học và là 1 kỹ thuật quan trọng để làm giảm SRT của hệ thống

- Nâng cao khả năng tách nước của bùn

Chiếu xạ MW rất hữu ích trong việc nâng cao khả năng tách nước của bùn, tiền

xử lý MW của WAS có thể giải phóng nước mà ban đầu liên kết với các hạt và nâng

cao khả năng tách nước bằng cách thay thế cấu trúc của EPSs, với sự rò ri của polime sinh học, protein, polysaccharide được sử dụng trong phân hủy yếm khí Tuy nhiên,

thời gian tiếp xúc ngắn nâng cao khả năng tách nước trong bùn và thời gian tiếp xúc

lâu ảnh hưởng xấu đến khả năng tách nước của bùn

- Làm bất hoạt đáng kể các tác nhân gây bệnh

Chiếu xạ MW làm bất hoạt coliform ở nhiệt độ thấp và thời gian tiếp xúc ngắn

hơn so với sưởi ấm thông thường Nó có thể tạo ra bùn an toàn đối với môi trường

đáp ứng yêu cầu về chất rắn sinh học

- Sản xuất nhiên liệu sinh học thân thiện với môi trường

Nhiệt phân bùn (tại thời gian tiếp xúc ngắn và lượng nhiệt cao) tạo ra dầu (nhiên liệu sinh học) với chất béo cao và có các đặc tính oxi hóa và không chứa các hợp chất