TRƯỜNG ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA MÔI TRƯỜNG LỚP 10CMT CHỦ ĐỀ CHIẾU XẠ VI SÓNG, HƯỚNG ĐI BỀN VỮNG CHO XỬ LÝ BÙN VÀ THU HỒI TÀI NGUN Nhóm thực Lê Thị Bích Ngọc Phan Phương Nhung Đỗ Quốc Việt Nhóm 14 1022194 1022210 1022348 MỤC LỤC KEY WORDS TỔNG QUAN GIỚI THIỆU 1.1 THỰC TRẠNG HIỆN NAY 1.2 KHÁI QUÁT VỀ KỸ THUẬT VI SÓNG .4 ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI SÓNG TRONG XL BÙN .4 2.1 HÒA TAN BÙN 2.2 TĂNG CƯỜNG PHÂN GIẢI KỊ KHÍ 2.3 TÁCH NƯỚC, LOẠI BÕ VI SINH VẬT GÂY BỆNH 2.4 TIỀN XỬ LÝ BÙN THẢI KẾT HỢP VỚI QUÁ TRÌNH KHÁC 2.5 THU HỒI TÀI NGUYÊN ĐÁNH GIÁ .10 3.1 THẢO LUẬN CÁC VẤN ĐỀ VỀ VI SÓNG TRONG XL BÙN 10 3.2 ƯU ĐIỂM & HẠN CHẾ .10 3.3 CÁC TÁC NHÂN LIÊN QUAN 11 KẾT LUẬN .12 4.1 CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU TRONG TƯƠNG LAI 12 4.2 VIỆC ÁP DỤNG KỸ THUẬT VÀO THỰC TẾ 12 KEY WORDS            Microwave (MW) irradiation Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH) Polychlorinated biphenyl (PCB) Extracellular polymeric substances (EPS) Waste activated sludge (WAS) Soluble chemical oxygen demand (SCOD) Decreases in specific resistance to filtration (SRF) Capillary suction time, CST Enhanced advanced oxidation process (AOP) Bio-fuel Bio-oil TỔNG QUAN Trong năm gần đây, chiếu xạ vi sóng đạt lan tỏa phổ biến phương pháp nhiệt hiệu để xử lý bùn, lý sức nóng nhanh chóng chọn lọc nó, hiệu lượng, khả nâng cao suất chất lượng sản phẩm giảm thiểu hình thành sản phẩm nguy hiểm phát thải ( cung cấp kĩ thuật thân thiện với môi trường) Những mong muốn báo nhằm nâng cao việc sử dụng linh hoạt kĩ thuật chiếu xạ vi sóng xử lý bùn, bao gồm tiền xử lý bùn tăng cường trình phân hủy sinh học kị khí chất thải bùn , thu hồi nguồn tài nguyên( khí sinh học, dầu sinh học, chất dinh dưỡng kim loại nặng) ổn địnhkim loại nặng Bài báo tổng kết hướng nghiên cứu tương lai sử dụng tốt lượng MW xử lý bùn, q trình tối ưu hóa phát triển việc thực qui mô cơng nghiệp kĩ thuật MW tóm tắt liên quan an toàn sức khỏe GIỚI THIỆU 1.1 Thực trạng Quản lý bùn dư vấn đề nghiêm trọng tăng lên liên tục sản xuất bùn tiêu chuẩn quản lý môi trường nghiêm ngặt Phương pháp xử lý bùn thông thường thiêu hủy, đưa bãi rác thả xuống biển, vấn đề đối diện với phản đối nhà môi trường từ phía cộng đồng Ứng dụng bùn thải làm phân bón có lẽ lựa chọn Tuy nhiên, diện tác nhân gây bệnh, kim loại nặng, hydrocacbon vòng thơm( PAH), PCB dioxin hạn chế việc sử dụng bùn làm phân bón Bởi giới hạn đề cập giới hạn qui trình xử lý bùn, thời, giới đưa hình thức giảm thiểu bùn: a giảm thiều bùn dòng nước thải b giảm thiểu bùn dòng bùn c giảm thiểu bùn dòng thải cuối Nghiên cứu khẩn cấp thảo luận việc sử dụng kĩ thuật phát xạ MW xử lý nhiệt bùn thải Tiềm ứng dụng lượng MW chọn lựa khắc phục nhiều loại chất ô nhiễm 1.2 Nguyên lý chiếu xạ tia vi sóng Tia vi sóng có bước sóng mm tới m, tần số tương ứng từ 300 MHz đến 300 GHz Một thống MW tạo lượng thông qua xếp lại lưỡng cự với trường điện dao động để tạo sức nóng bên bề mặt nguyên liệu xử lý Một vật liệu tiếp xúc với chiếu xạ MW, lượng hấp thu hồi phục, điều này, tạo sức nóng lớn cho nguyên vật liệu Tăng sức nóng lớn nguyên liệu mà phần bên trở nên nóng bề mặt (vì bề mặt nhiệt kk xung quanh) Điều đảo ngược với q trình nóng thơng thường, nhiệt từ mơi trường bên ngồi cung cấp đến bề mặt khuếch tán vào bên với nhiệt độ giảm dần Do vậy, gradient nhiệt đảo ngược sức nóng MW cung cấp lợi ích đặc biệt làm nóng thể tích nhanh chóng mà khơng làm q nóng bề mặt Cơ chế chiếu xạ MW bao gồm ảnh hưởng nhiệt không ảnh hưởng nhiệt Đối với MW, giai đoạn “không ảnh hưởng nhiệt” nhìn chung xem ảnh hưởng khơng liên quan đến tăng lên nhiệt độ, “ảnh hưởng nhiệt” xem trình mà tạo sức nóng kết hấp thụ lượng MW nước hợp chất hữu mà đánh dấu ổn định tạo phân cực nguyên nhân không gây ảnh hưởng nhiệt chiếu xạ MW phần phân cực đại phân tử xếp với cực trường điện từ, kết gây phá vỡ liên kết hydro PHAM VI ỨNG DỤNG CỦA MW TRONG XỬ LÝ BÙN 2.1 Sự hòa tan bùn Chiếu xạ MW khả làm gián đoạn hạt tế bào bùn giảm vấn đề hữu pha hòa tan Những thành phần hữu tìm thấy bùn carbohydrates, proteins lipid Dưới chiếu xạ MW, đường thủy phân vật liệu hữu giả định sau: lipid thủy phân thành acid palmitic, acid stearic, acid oleic; protein thủy phân thành chuỗi acid bão hịa khơng bão hòa, ammonia, cacbon dioxide; cacbohydrates thủy phân thành polysaccharide có trọng lượng phân tử thấp chí thành đường đơn giản Bảng : ảnh hưởng tiền xử lý MW đến hòa tan bùn 2.2 Tăng cường trình phân hủy kị khí Phân hủy kị khí sử dụng phương pháp kinh tế tiện lợi để xử lí bùn đô thị công nghiệp Tuy nhiên, ứng dụng thường bị giới hạn bở thời gian lưu (20-50 ngày) hiệu phân hủy thấp(20-50%) Trái lại, phân hủy kị khí bùn sử dụng chiếu xạ vi sóng (tiền xử lý nhiệt độ cao hơn) báo cáo đạt hiệu phân hủy cao tạo khí sinh học vượt qua bùn qua chiếu xạ vi sóng nhiệt độ thấp (100 độ C) Do đó, chiếu xạ MW phương pháp hiệu phân hủy hạt bùn dẫn đến phân giải tế bào vi sinh Hồn thành q trình dẫn đến nâng cao giảm VS tạo khí sinh học suốt trình phân hủy kị khí bùn tiền xử lý MW giảm thời gian lưu 2.3 Tách nước bùn Tách nước bùn bước trình bùn giảm thể tích bùn chi phí vận chuyển Chiếu xạ MW xem công cụ để cải thiện việc tách nước bùn q trình ảnh hưởng nhiệt khơng ảnh hưởng nhiệt Bùn tiền xử lý MW thể khử nước tốt sức nóng thông thường bùn không tiền xử lý Bùn tiền xử lý MW cải thiện đáng kể khử nược 17.6% 13.8% tỉ lệ khử nước so với bùn kiểm sốt phân hủy với sức nóng thơng thường 2.4 Kết hợp tiền xử lý bùn thải Kỹ thuật cải thiện kết phương pháp vật lý khí với phương pháp hóa học Hiện nay, kỹ thuật thay hấp dẫn hiệu cao họ kỹ thuật Với đồng này, hiệu liều lượng hóa học cải thiện đáng kể, trình dẫn đến phân tách khối sinh học thô dày đặc gây hoạt động vật lý hay học 2.4.1 MW-kiềm / axit Nghiên cứu trước cho biết kết hợp tiền xử lý nhiệt hóa học đạt VSS cao đáng kể so với phương pháp xử lý nhiệt hóa học bùn riêng lẻ Tuy nhiên, phương pháp xử lý nhiệt nhiệt hóa học thơng thường tốn thời gian Vì vậy, phương pháp xử lý MW-hóa học kết hợp cung cấp phương pháp khác để xử lý bùn Vì vậy, phát trước cho thấy kết hợp tiền xử lý nhiệt MW với phương pháp kiềm tăng cường bùn phân hủy yếm khí MW riêng lẽ phương pháp tiền xử lý kiềm Tiền xử lý MW riêng lẽ trình tốn nhiều lượng để đạt mức độ cao bùn, nhiên, tích hợp kiềm hố với phương pháp MW thuận lợi để giảm tiêu thụ lượng MW chi phí xử lý tương ứng để đạt suất tương tự, MW riêng lẽ 2.4.2 MW – Qúa trình oxy hóa nâng cao (MW/ H2O2 –AOP) Q trình oxy hóa nâng cao (AOP) hiệu phân loại công nghệ xanh để xử lý bùn AOP dựa việc tạo gốc tự do, đặc biệt gốc hydroxyl (OH), tác nhân oxy hóa mạnh Nó cung cấp tốc độ phản ứng nhanh hơn; nhiên chi phí vận hành AOP tương đối cao Do vậy, phương pháp tiền xử lý kết hợp cho thấy vượt trội so với phương pháp xử lý riêng biệt trình tăng cường xử lý bùn Xử lý kết hợp làm giảm lượng tiêu thụ, sử dụng hóa chất thời gian phản ứng so sánh phương pháp sức nóng thơng thường, hóa học kết hợp/ riêng rẽ/ Tuy nhiên nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật kết hợp tiền xử lí MW giai đoạn ban đầu Do nghiên cứu thỏa đáng theo hướng dẫn đến nhà hoạch định sách quan bảo vệ môi trường lựa chọn giải pháp mạnh bền vững quản lý bùn 2.5 Phục hồi nguồn tài nguyên 2.5.1 Chất dinh dưỡng Bùn thải chứa lượng đáng kể chất dinh dưỡng, đặc biệt photpho (0.5– 0.7% TS) nito (2,4-5,0% TS) dạng vật liệu có protein Sự phân hủy hòa tan sinh khối bùn biến đối chúng thành ammonia photphate, ứng dụng trực tiếp đất Trong năm gần đây, nhiều cố gắng hướng phục hồi photpho từ bùn thải thơng qua q trình kết tinh, phát triển thực Nhật Bản Hà Lan Canxiphotphat magie ammonium photphat sản phẩm cuối mà thường thu hồi từ trình sử dụng cho nhà máy phân bón vì tính chất phát thải thấp Để phục hồi photpho từ bùn thải thơng qua kết tinh, điều cần thiết để thực trình photpho hịa tan để tạo photpho bề mặt Tuy nhiên trình yêu cầu bổ sung hóa chất để khởi đầu phản ứng thời gian phản ứng lâu Vì sức nóng MW nhà nghiên cứu khác áp dụng để phục hồi dinh dưỡng cách nhanh chóng hiệu 2.5.2 Kim loại nặng (thu hồi ổn định) Kim loại nặng kẽm kẽm (Zn), đồng (Cu), niken (Ni), cadmium (Cd), Chì (Pb), thủy ngân (Hg) crom (Cr) nguyên tố hạn chế việc sử dụng bùn cho đất gây ô nhiễm nước ngầm ảnh hưởng đến sức khỏe người động vật Do việc xử lý bùn thải điều cần thiết trước thải bỏ Thông thường, bùn chứa kim loại xử lý để trích xuất ion kim loại từ bùn thải ổn định kim loại thể rắn Những phương pháp ổn định kim loại bao gồm tập trung kim loại khu vực với điện cực, củng cố kim loại với vật liệu beetong polymer, chuyển đổi kim loại thành giai đoạn nhiệt độ cao thông qua nhiệt phản ứng Tất phương pháp có khả làm giảm hiệu di chuyển ion kim loại.Trong số phương pháp xử lý nhiệt, kỹ thuật MW áp dụng rộng rãi cho việc khắc phục hậu phế liệu, chẳng hạn nhiệt phân bùn thải, phân hủy chiết xuất hỗ trợ MW, ổn định ion kim loại đất bùn ĐÁNH GIÁ 3.1 Thảo luận kết ứng dụng vi sóng xử lý bùn - Quá trình làm nóng bình thường, giảm thời gian gia nhiệt so với q trình làm nóng thơng thường Do nhiệt làm nóng dần từ bên bên ngồi nên giảm thát nhiệt với mơi trường nhiều - Nâng cao khả hòa tan bùn bùn hoạt tính bị phá vỡ cấu trúc màng tế bào cách giải phóng hợp chất ngồi tế bào tế bào (protein, đường axit nucleic) với hòa tan vi hạt - Cải thiện khả tách nước khòi bùn cách thay đổi cấu trúc EPSs, với rò rỉ polime sinh học, protein polysaccharides sử dụng phân giải kỵ khí Tuy nhiên, thời gian tiếp xúc ngắn chút giúp tăng cường khả tách nước bùn thải, thời gian tiếp xúc lâu làm giảm đáng kể khả tách nước bùn thải - Vơ hiệu hóa tác nhân gây bệnh làm vi khuẩn bất hoạt nhiệt độ thấp thời gian phản ứng ngắn so với phương pháp làm nóng thơng thường Nó sản xuất bùn an tồn với mơi trường đáp ứng class-A yêu cầu chất rắn sinh học - Hiệu với ổn định thu hồi kim loại q trình làm nóng MW với vài chất phụ làm tăng hiệu ổn định kim loại nặng bùn thải công nghiệp - Thu hồi dinh dưỡng hiệu quả, cơng nghệ chiếu xạ MW tạo thuận lợi đáng kể cho đưa chất dinh dưỡng (như phân lân nitơ) từ bùn khoảng thời gian ngắn thời gian khơng có bổ sung hóa chất 3.2 Ưu điểm hạn chế kỹ thuật vi sóng - Ưu điểm: o Giải pháp thay nhanh hiệu cho phương pháp thông thường, hướng phát triển o Khả gia nhiệt nhanh chóng so với trình làm nóng thơng thường kiểm sốt q trình gia nhiệt o Cải thiện chất lượng sản phẩm, tăng cường khả thu hồi nguồn - tài ngun lượng Hạn chế: o Mơ hình thực phịng thí nghiệm, chưa có mơ hình áp dụng thực tế o Việc áp dụng mơ hình vào quy mơ cơng nghiệp cịn gặp phải nhiều khó khăn, đặc biệt vấn đề kinh tế 3.3 Các yếu tố ảnh hưởng Dựa kết báo , trình MW bùn giai đoạn hòa tan COD, tách nước bùn, thu hồi dinh dưỡng, tiêu hao lượng hịa tan bùn chịu ảnh hưởng nhiều nhân tố khác mà tổng kết bảng 11 Những kết trái ngược báo cáo phần ảnh hưởng lượng đầu vào bùn hòa tan phân hủy sinh học Vài nghiên cứu báo cáo việc hiệu hòa tan bùn phân hủy sinh học nâng cao tăng lượng đầu vào Tuy nhiên, báo cáo khác có ảnh hưởng trái ngược q trình tiền xử lý MW với nguồn lượng cao lại bùn hịa tan phần khí sinh học Ảnh hưởng không nhiệt kĩ thuật MW nghiên cứu so sánh với sức nóng vi sóng trình nóng thơng thường Tuy nhiên, kết đối lập báo cáo phần tạo khí sinh học, vi sóng sử dụng sức nóng thơng thường Một vài nghiên cứu báo cáo việc tạo khí sinh học thấp, nghiên cứu khác cao vài nghiên cứu, khơng có dấu hiệu khơng ảnh hưởng nhiệt MW tìm thấy, kết tạo khí sinh học đạt với MW sức nóng thơng thường Nhiệt độ xử lý có tác động đến mức độ bùn hòa tan Một cải thiện bật bùn hòa tan đưa với tăng lên nhiệt độ Do vậy, tối ưu hóa thích hợp nhân tố thảo luận điều cần thiết cho nghiên cứu thành công ứng dụng rộng rãi kĩ thuật chiếu xạ MW xử lý bùn KẾT LUẬN 4.1 Các hướng nghiên cứu tương lai - Thiết kế hệ thống phát triển hạn chế áp dụng rộng rãi công nghệ MW đến q trình cơng nghiệp Nhân rộng q trình tham gia yêu cầu ước tính lợi nhuận chi phí đầu tư vận hành thí điểm đầy đủ quy mô hệ thống MW, so với sản lượng lượng cao thể việc sản xuất khí sinh học cao Điều bao gồm mơ hình mơ phỏng, thiết kế hệ thống hội nhập, phát triển hiểu biết chi phí lợi ích liên quan đến việc chuyển sang quy mơ sản xuất Các mơ hình địi hỏi đặc điểm tính chất nhiệt vật lý vật liệu, bao gồm dẫn nhiệt khuếch tán, giãn nở nhiệt, nhiệt độ tính phụ thuộc chất điện môi - Thông số vận hành, chẳng hạn đặc tính vật liệu cơng suất, thời gian chiếu xạ, tần số lượng, độ sâu thâm nhập, thiết kế khoang, phát để xác định mức độ mà có xử lý thành cơng đạt - Các yếu tố cần nghiên cứu, quan tâm tương lai: o Đặc điểm vật liệu o Chiều sâu sâm nhập o Tần số o Năng lượng 4.2 Việc áp dụng kỹ thuật vi sóng vào thực tế - Do hiệu kinh tế cao từ trình gia nhiệt với thời gian ngắn việc thu hồi lượng hiệu nên việc phát triển kỹ thuật vi sóng xử lý bùn thải hướng phát triển triển vọng - Nhưng nhiều hạn chế mặt điều kiện thực tế, quy mô đặc biệt kinh tế mà việc áp dụng kỹ thuật vi sóng vào thực tế cịn chưa thực Nghiên cứu tài liệu cho thấy việc áp dụng kỹ thuật MW-chiếu xạ cung cấp lợi lớn phương pháp thông thường xử lý bùn sản xuất sản phẩm môi trường gia tăng giá trị  ... lượng 4.2 Vi? ??c áp dụng kỹ thu? ??t vi sóng vào thực tế - Do hiệu kinh tế cao từ trình gia nhiệt với thời gian ngắn vi? ??c thu hồi lượng hiệu nên vi? ??c phát triển kỹ thu? ??t vi sóng xử lý bùn thải hướng phát... kị khí bùn sử dụng chiếu xạ vi sóng (tiền xử lý nhiệt độ cao hơn) báo cáo đạt hiệu phân hủy cao tạo khí sinh học vượt qua bùn qua chiếu xạ vi sóng nhiệt độ thấp (100 độ C) Do đó, chiếu xạ MW phương... phát thải ( cung cấp kĩ thu? ??t thân thiện với mơi trường) Những mong muốn báo nhằm nâng cao vi? ??c sử dụng linh hoạt kĩ thu? ??t chiếu xạ vi sóng xử lý bùn, bao gồm tiền xử lý bùn tăng cường trình phân