Topic 2 BÙN: CHẤT THẢI HAY LÀ NGUỒN TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

Sử dụng bùn thải như một nguồn tài nguyên tái tạo để thu hồi năng lượng có thể là một bước tiến quan trọng đối với sự phát triển năng lượng bền vững, đáp ứng nhu cầu năng lượng hiện tại và tương. Vì vậy, bài tổng hợp này thảo luận về các loại tài nguyên có thể được thu hồi từ bùn thải, các phương pháp thông thường và mới được sử dụng để thu hồi bùn thải thành các nguồn tài nguyên có giá trị. Hơn nữa, những yếu tố chính tham gia vào quá trình này: giai đoạn ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm có thể có của phương pháp cũng được thảo luận.

Chuyên đề tái chế và tái sử dụng chất thải rắn.

Topic 2

BÙN: CHẤT THẢI HAY LÀ NGUỒN TÁI

TẠO NĂNG LƯỢNG VÀ THU HỒI

TÀI NGUYÊN

Giáo viện: Tô Thị Hiền

Phạm Thị Ngọc Duyên, MSSV:

1022154 Thái Thị Tình, MSSV:

1022305 Huỳnh Quốc Bảo, MSSV:

1022022

Sử dụng bùn thải như một nguồn tài nguyên tái tạo để thu hồi năng lượng có thể là một bước tiến quan trọng đối với sự phát triển năng lượng bền vững, đáp ứng nhu cầu năng lượng hiện tại và tương.

Vì vậy, bài tổng hợp này thảo luận về các loại tài nguyên có thể được thu hồi từ bùn thải, các phương pháp thông thường

và mới được sử dụng để thu hồi bùn thải thành các nguồn tài nguyên có giá trị Hơn nữa, những yếu tố chính tham gia vào quá trình này: giai đoạn ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm có thể có của phương pháp cũng được thảo luận.

TỔNG

QUAN

AD, anaerobic digestion (phân hủy yếm khí);

ALWA, artificial lightweight aggregate (cốt liệu nhẹ nhân tạo);

AOP, advanced oxidation process (quá trình oxy hóa bậc cao);

BNR, biological nutrient removal (loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học); Bt, Bacillus thuringiensis;

C/N, carbon to nitrogen ratio (tỉ lệ carbon với nitrogen);

CHP, combined heat and power (kết hợp nhiệt và điện );

DO, dissolved oxygen (oxy hòa tan); DS, dry solids (chất rắn khô);

FFA, free fatty acids (acid béo tự do);

HPH, high pressure homogenizer (đồng hóa áp lực cao);

HRT, hydraulic retention time (thời gian lưu nước); kWh, kilowatt per hour;

LHV, low heating value (nhiệt trị thấp);

MFC, microbial fuel cells (các tế bào nhiên liệu vi sinh); mgd, million gallon/day (triệu gallon / ngày); MPa, megapascal; MT, metric ton (thước đo tấn);

MW, megawatt; MW, microwave; MWh, megawatt per hour;

NACWA O&M, National Association of Clean Water Agencies Operation and Maintenance (Hiệp hội quốc gia về cơ quan vận hành và bảo trì nước sạch);

OLR, organic loading rate (tỉ trọng hữu cơ)

NỘI DUNG

KẾT LUẬN TÀI NGUYÊN THU HỒI TỪ BÙN THẢI

KĨ THUẬT TÁI SINH BÙN ĐẶC TÍNH CỦA BÙN THẢI

Bùn thải là một hỗn hợp đồng nhất phức tạp gồm vi sinh vật, các chất hữu cơ không phân hủy như giấy, tàn dư thực vật, dầu, hoặc cặn lăng, các hợp chất vô cơ và hơi ẩm

Bùn được chia thành 2 loại: sơ cấp (ban đầu) và thứ cấp (bùn hoạt tính)

ĐẶC TÍNH BÙN

Bảng 1 Mô tả các đặc điểm của sơ cấp và bùn hoạt tính.

Đặc tính

 Bùn thải sơ cấp được tạo ra thông qua hoạt

động cơ học (sàng lọc, loại bỏ sạn, lắng) trong

xử lý nước thải quá trình, thường chứa từ 93% đến 99,5% nước, các chất hữu cơ lơ lửng và hoà tan

 Bùn thải hoạt tính (WS) hoặc bùn thứ cấp, được

tạo ra trong quá trình xử lý nước thải sinh học, các tế bào vi khuẩn chủ yếu là vật liệu hữu cơ cao phân tử phức tạp

Quá trình oxy hoá không khí ẩm ước

Quá trình oxy hoá

ẩm siên tới hạn Thuỷ nhiệt

Phân huỷ kị khíĐốt

Khí hoáNhiệt phân

Kĩ thuật thu hồi tài nguyên từ bùn

Phương tình phản ứng.

C c H h O o N n S s + y H 2 O x CH 4 + n NH 3 + x H 2 S + (c – x) CO 2

x = 1/8(4c + h − 2o − 3n − 2s)

y = ¼( 4c + h − 2o + 3n + 3s)

Thuỷ phân Acid hoá Acetic hoá Methan hoá

sử dụng như một nguồn năng lượng

sản phẩm của quá trình acid hóa bao gồm các axit hữu cơ chuỗi ngắn

và rượu được tiếp tục xử lý bằng vi khuẩn

các sản phẩm của quá trình thủy phân

sẽ được biến đổi thành hydro, formate, acetate, và các axit béo

* Đốt

Mục đích chính của đốt bùn là quá trình oxy hóa hoàn toàn của các

hợp chất hữu cơ ở nhiệt độ cao.

Mục đích chính của đốt bùn là quá trình oxy hóa hoàn toàn của các

hợp chất hữu cơ ở nhiệt độ cao.

Trong quá trình này, các chất rắn sinh học được đốt cháy trong buồng đốt và cung cấp khí dư (oxy) để tạo thành chủ yếu là carbon

dioxide và nước, chỉ còn lại vật liệu trơ (tro).

Trong quá trình này, các chất rắn sinh học được đốt cháy trong buồng đốt và cung cấp khí dư (oxy) để tạo thành chủ yếu là carbon

dioxide và nước, chỉ còn lại vật liệu trơ (tro).

Tro này đã được xử lý hoặc có thể được sử dụng như một nguồn để

sản xuất vật liệu xây dựng Tro này đã được xử lý hoặc có thể được sử dụng như một nguồn để

sản xuất vật liệu xây dựng

Khí hóa: phân hủy bùn khô tạo thành tro và khí đốt ở nhiệt độ khoảng 10000

Sản phẩm

Nhiệt: dùng để tạo năng lượng

và quá trình nhiệt

Nhiệt: dùng để tạo năng lượng

và quá trình nhiệt

Khí tổng hợp

Nhiệt phân bùn là một phương pháp sáng tạo để quản lý bùn

và năng lượng, trong đó bùn được được xử lý nhiệt (350 -

5000C) dưới áp suất và trong môi trường thiếu oxy

* Nhiệt phân

Phá hủy các hợp chất hữu cơ

Có thể sử dụng làm nguyên liệu Cung cấp nhiệt

Đioxin/furan thấp.

Sản xuất phế liệu rắn ổn định

xuất than, đòi hỏi phải xử lý thêm

Các vấn đề an toàn

Chế biến phức tạp

Không có số liệu chi phí hiện tại Thông tin hoạt động hạn chế

Nhược điểm

Quá trình oxy hóa không khí ẩm ướt

(WAO)

Quá trình oxy hóa ướt là một quá trình

oxy hóa hóa học của bùn (bằng cách bổ

sung O2) ở nhiệt độ cao (150-3300C) và

áp suất cao (6-20 MPa)

ZIMPRO là công nghệ lâu đời nhất dựa

trên quá trình này, phát triển ở Hà Lan

* Quá trình oxy hóa siêu tới hạn (SCOW).

Quá trình oxy hóa nước siêu tới hạn diễn ra ở nhiệt độ và áp suất rất cao (thường là 2 5 MPa

và 6000C)

Stendahl và Jafverstrom báo cáo từ thí nghiệm tại Thụy Điển với quá trình Aqua Reci đã kết luận rằng quá trình SCWO phân hủy chất hữu cơ cho hơn 99,9%

Trong quá trình này, carbon và hydro từ chất hữu cơ và sinh khối bị oxy hóa thành CO2 và H2O, nitơ, lưu huỳnh

và phosphorus, clo ở dạng tương ứng N2, SO4 2- và

PO4 3- , Cl - , và các kim loại nặng được oxy hóa thành

các oxit tương ứng.

* Xử lí thủy nhiệt

Thủy phân protein tạo thành acid amin; lipid tạo

ra axit béo; vật liệu thô và các hydrocacbon tạo thành các chất hydrocarbon phân tử thấp như đường

 Sản xuất khí sinh học; khử nitrogen và phosphorus sinh học từ nước thải

 Dư lượng chất lỏng của xử lý thủy nhiệt bùn thải có thể được sử dụng như một loại phân bón thị trường,

vì nó bao gồm ba chất dinh dưỡng chính (N, P, K)

* Công nghệ thu hồi năng lượng

Khí sinh học

* NĂNG LƯỢNG VÀ TÀI NGUYÊN thu hồi

Khí sinh học

Bio-terminator 24/85 là công nghệ phân hủy yếm khí phát triển bởi Tổ chức nghiên cứu giải pháp chất rắn tại Đại học bang Louisiana, Mỹ Quá trình này có khả năng phân hủy 85% TS trong 24h

Thực hiện phân hủy yếm khí tăng cường khí metan_ được sử dụng để sản xuất điện thay vì động cơ pittông

sẽ năng cung cấp 40 -50% nhu cầu điện nhà máy; hiệu quả năng lượng tổng thể của quá trình này là 68-83%

Một số công nghệ xử lý sơ bộ như Cambis (nhiệt), BioThelyss (nhiệt), MicroSludge ™ (vật lý-hóa học), Crowns (siêu âm) và Lysatec GmbH (cơ khí) đã được áp dụng thành công ở tất cả các quy mô ở một số nước

Bùn thải có chứa một lượng chất dinh dưỡng khá lớn

Do vấn đề kinh tế, một số phương pháp nghiên cứu để phục chất dinh dưỡng hồi từ bùn thải chỉ nghiên cứu tại phòng thí nghiệm hoặc quy mô thí điểm

Do vấn đề kinh tế, một số phương pháp nghiên cứu để phục chất dinh dưỡng hồi từ bùn thải chỉ nghiên cứu tại phòng thí nghiệm hoặc quy mô thí điểm

 Các nghiên cứu khác cũng báo cáo rằng một lượng phosphorus khá lớn (95,5%) và amoniac (53%) có thể được tạo ra bằng cách sử dụng sự kết hợp các phương pháp xử lí nhiệt hóa học khác nhau.

 Công nghệ Reci Aqua, phát triển ở Thụy Điển, thu hồi cả phosphorus và năng lượng sử dụng kết hợp quá trình SCWO Khoảng 100% phosphorus có thể được chiết xuất với HCl hoặc H2SO4 ở nhiệt độ 90 0 C và thời gian phản ứng 2h

 Kim loại nặng như Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg và Cr là yếu tố chính hạn chế việc sử dụng bùn cho đất vì đất có thể gây ra ô nhiễm nước ngầm, sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật.

 PerezCid và cộng sự áp dụng các phương pháp chiết Tessier tuần tự bốn giai đoạn cho chưng cất kim loại tron bùn thải; thu hồi Ni (98,8%), Zn (100,2%) và Cu (93,3%).

 Kuo và cộng sự đã báo cáo rằng ở tỉ lệ trạng thái rắn và lỏng (S / L) là 0,17 thì 85% và 79% Cu đã được lọc từ bùn công nghiệp sau 10 phút xử lí MW sử dụng tương ứng acid nitric và sulfuric.

 Wu và các cộng sự cũng báo cáo rằng 90% Cu có thể được chiết xuất từ bùn mịn (<9,5 mm) và bùn thô (<150 mm) sau khi sử dụng phương pháp MW-H2SO4 (1N) xử lí tại 800 W trong thời gian phản ứng là 20 phút

* Kim loại nặng

Nhiên liệu sinh học là khí hoặc chất lỏng chủ yếu được sản xuất từ sinh khối Nhiên liệu sinh học được chú ý trên toàn thế giới bởi vì chúng có tiềm năng để thay thế nhiên liệu xăng dầu không tái tạo trong tương lai.

Nghiên cứu gần đây

Khí tổng hợp (H 2 + CO)

Dầu sinh học

Dầu sinh học

Dầu diesel sinh học

Dầu diesel sinh học

o Tái sử dụng bùn thải để làm vật liệu xây dựng có thể làm giảm các vấn đề xử lý chất thải, thay thế cho các nguồn tài nguyên không tái tạo.

o Quá trình GlassPacks phát triển bởi Tổng công ty Minergy, Mỹ; sử dụng các phần hữu cơ của chất rắn sinh học như một nguồn nhiên liệu tái tạo để sản xuất sản phẩm tổng hợp trơ từ các chất vô cơ (tro)

* Vật liệu xây dựng

Điện sản xuất từ bùn: sử dụng nhiên liệu là tế bào vi sinh vật (MFC) được coi là cách tái sử dụng bùn có lợi.

Anot: CH3COO- + 2H2O → 2CO2 + 7H+ + 8e

Catot: O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O

Toàn bộ phản ứng phân hủy chất nền hữu cơ tạo

ra CO2 và nước đồng thời sản xuất ra điện

Điện thế của nhiên liệu tế bào sinh học bình thường khoảng vài trăm mV; mật độ điện năng khoảng 50-100W/m3

* Sản xuất điện từ bùn bằng nhiên liệu tế

bào vi sinh vật

Polyhydroxyalkanoates (PHA) là polyester của acid hydroxyalkan; được sản xuất trong tự nhiên bằng quá trình lên men của vi khuẩn của đường hay lipit.

Vi sinh vật trong bùn hoạt tính có khả năng tích lũy PHA khác nhau từ 0.3 - 22.7mg polymer/g bùn.

PHAs sản xuất để dùng 1 lần (vd: dụng cụ, tã, mĩ phẩm, chai, tách ) do chúng phân hủy sinh học

PHB và P(3HB-co-HV) là được phổ biến rộng rãi trong các hình thức khác

Nhựa sinh học

* Hấp thụ sinh học

Sử dụng các chất hấp thụ sinh học để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải là một phương pháp sinh thái thân thiện, hiệu quả và chi phí thấp

Sử dụng các chất hấp thụ sinh học để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải là một phương pháp sinh thái thân thiện, hiệu quả và chi phí thấp

Bùn thải có thể được chuyển đổi thành than hoạt tính sử dụng quá trình nhiệt phân trong điều kiện kiểm soát hoặc với một số hóa chất xử lý

Bùn thải có thể được chuyển đổi thành than hoạt tính sử dụng quá trình nhiệt phân trong điều kiện kiểm soát hoặc với một số hóa chất xử lý

Than hoạt tính được sản xuất từ bùn thải này cho thấy một sự phát triển tốt của cấu trúc mesopore và loại bỏ tuyệt vời thuốc nhuộm và kim loại

Than hoạt tính được sản xuất từ bùn thải này cho thấy một sự phát triển tốt của cấu trúc mesopore và loại bỏ tuyệt vời thuốc nhuộm và kim loại

• Bùn thải là một nguồn carbon và chất dinh dưỡng như nitrogen và phospho cho một số phương pháp sinh học để thêm giá trị cho bùn bằng cách tạo ra một số sản phẩm trao đổi chất có lợi.

• Phương pháp sản xuất thuốc trừ sâu sinh học bao gồm các giai đoạn sau đây:

(a) Lên men bùn

(b) Thu hồi sản phẩm / thu hoạch.

(c) Xây dựng sản phẩm

• Yếu tố ảnh hưởng bao gồm pH, oxy hòa tan (DO), tạo bọt, nồng độ chất rắn, loại bùn có thể ảnh hưởng đến quá trình sản xuất thuốc trừ sâu sinh học Tổng nồng độ chất rắn tối

ưu là 25g/l.

Thuốc trừ sâu sinh học

 Bùn thải có thể được sử dụng như là nguồn protein,

vì thành phần chính của nó là protein và carbohydrate; bao gồm 61% protein, 11% carbohydrate, < 1% lipid, và >27% thành phần không rõ.

Nồng độ protein 3177.5mg / l sau khi tiền xử lý WS (5330mg / l SS) kết hợp với song siêu âm (1.65x1010kJ/kg VSS) với phương pháp kiềm (pH =

12, 2h)

Protein

Phân bón sinh học

 Acid amin của các nguyên tố vi lượng (AACTE) là phân bón được công nhận thân thiện môi trường cho bông, hoa quả và cây công nghiệp khác tại Trung Quốc.

 Điều kiện thủy phân tối ưu để tách protein từ bùn thải là

pH = 0,5, nhiệt độ là 121 0 C và thời gian Quốc phản ứng

là 5h.

Acid dễ bay hơi

Một số acid dễ bay hơi như acid acetic, acid fomic và acid propionic có thể được thu hồi từ bùn thải sử dụng phương pháp sinh học, hoặc quá trình nhiệt như quá trình oxy hóa không khí ẩm ướt

* Kịch bản toàn cầu về lợi ích mang lại

từ tái sử dụng và thu hồi tài nguyên

• Nhà máy xử lý Herenriks-dales sản xuất và bán khí sinh học

cho công ty xe buýt ở Stockholm Ít nhất 30 chiếc xe buýt ở

Stockholm đang chạy trên khí sinh học.

• Tại Hoa Kỳ, kỹ thuật thu hồi năng lượng ( điện và sản xuất

năng lượng cơ học), và thu hồi nhiệt qua khí sinh học được tạo

ra từ phân hủy yếm khí của bùn thải đang rất được chú trọng.

• Tro bùn đốt được sử dụng ở Columbus, Ohio, làm bề mặt thấm nước trong các lĩnh vực thể thao và đấu ngựa.

• Tại Anh, một chương trình mới để thu hồi năng lượng đã được

đề xuất của chính phủ bao gồm cả việc tạo ra 20% sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2020

• Đức đang tích cực tham gia vào sự tiến bộ công nghệ mới để thu hồi phosphorus từ bùn thải.

 Phương pháp xử lý bùn thông thường như: đốt, chôn lấp, xử lý trong các đại dương và sử dụng cho đất đã phải đối mặt với áp lực và phản đối từ các cơ quan môi trường và phạm vi công cộng Vì vậy, lựa chọn một cách hiệu quả và bền vững cho quản lý bùn là một thách thức cho các cơ quan xử lý.

 Tái tạo bùn sẽ giúp để sản xuất sản phẩm thân thiện với môi trường, giảm sự phụ thuộc vào nguồn tài nguyên không tái tạo được như vậy thuận lợi cho việc bảo tồn tài nguyên thiên nhiên, làm giảm nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và ô nhiễm môi trường

 Cần phải có công nghệ thân thiên môi trường, hiệu quả , kinh tế, phù hợp với xu thế xã hội

Thank You !