Đang tải... (xem toàn văn)
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.
Chu đê 7: ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG XỬ LÝ BÙN THẢI VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN Nhom 6 Kim Châu Long 1022161 Tổng quan Lê Hoang Thuy Tiên 1022300 1.1 Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải 1.2 Một số phương pháp xử lý bùn Ngun Tân Thanh 1022267 1.3 Ngun lý hoạt động của vi sóng 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/ H2O2 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 Đánh giá và kết luận 3.1 Đánh giá 3.1.1 Ưu nhược điểm của cơng 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 Đề xuất – Kiến nghị 1.1 - TỔNG QUAN Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải Nguồn gốc: bùn thải được phát sinh từ q trình xử lý nước thải cua các nhà máy, khu cơng nghiệp - Hiện trạng: sự quản lý lượng bùn dư là vân đề cần quan tâm vì sự tăng liên tục cua bùn và tiêu chuẩn chât lượng mơi trường nghiêm ngặt. Phương pháp thải bỏ bùn truyền thống như đốt ra tro, thải bỏ ở bãi chơn lâp hay trong đại dương đang đối mặt với áp lực và sự phản đối cua các cơ quan mơi 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 cua 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 thuy phân bùn trước khi phân huy yếm khí), giảm lượng bùn trong dòng thải cuối cùng ( đốt ra tro và nhiệt phân). Q trình tiền xử lý trong dòng bùn có thể phá vỡ các hợp chât polymer ngoại bào (EPS) và mạng lưới cation hóa trị II và do đó, làm tăng khả năng phân huy sinh học cua bùn thải đã được hoạt hóa (WAS). Ưu điểm chính cua phương pháp tiền xử lý( nhiệt, ultrasonication, acidba zơ, sự phân huy cơ học và sự ơ zơn hóa) là bùn khơng cần bước khử nước trước khi vào q trình xử lý và xử lý bùn thơng qua q trình thuy phân là cơng nghệ sạch (khơng cần nhà máy làm sạch các khí phức tạp từ q trình đốt ra tro) Sử dụng kỹ thuật vi sóng cho xử lý bùn thải bằng nhiệt. Thơng qua phân huy bùn đề cải thiện sự phân huy yếm khí, ổn định kim loại nặng, khử trùng bùn, thu hồi tài ngun như khí sinh học giàu năng lượng, dầu sinh học và chât dinh dưỡng. Động lực chính làm tăng ứng dụng cua vi sóng: khả năng đốt nóng nhanh chóng, tăng tỷ lệ phản ứng, dê kiểm sốt 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 ơ nhiêm mơi trường 1.3 Ngun lý hoạt động của vi sóng Trong dải quang phổ điện từ, bức xạ vi sóng xảy ra ở độ dài bước sóng 1m1mm tương ứng với tần số 300 MHz( 3108 vòng/giây) đến 300GHz(31011 vòng/giây). Vi sóng trong cơng nghiệp thường hoạt động tại tần số 2.45GHz vì nó được thiết kế cho chế biến thực phẩm; nước trong thực phẩm là chât hâp thụ tốt MW tại tần số này. Năng lượng MW hâp 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 cua vật liệu làm cho phần bên trong trở nên nóng hơn bề mặt( vì bề mặt bị mât nhiệt do mơi trường xung quanh mát hơn). Điều này ngược với cách gia nhiệt truyền thống là nguồn nhiệt từ bên ngồi cung câp cho bề mặt bên ngồi vật liệu rồi từ đó khuếch tán vào bên trong. Việc làm nóng bằng sóng siêu âm khơng cần làm nóng q mức bề mặt và làm giảm sự phá huy bề mặt trong q trình làm khơ vật liệu ướt. Cơ chế cua bức xạ vi sóng bao gồm hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng khơng nhiệt. Với vi sóng, “hiệu ứng khơng nhiệt” đề cập đến ảnh hưởng khơng liên quan đến việc tăng nhiệt độ, trong khi hiệu ứng nhiệt đề cập q trình phát sinh nhiệt là sự hâp thụ năng lượng vi sóng cua nước hay các hợp chât hữu cơ. 2.1 Ứng dụng của vi sóng trong xử lý bùn thải Hòa tan bùn thải Bức xạ vi sóng có thể phá vỡ các bơng bùn và tế bào và giải phóng chât hữu cơ vào pha hòa tan. Thành phần hữu cơ chính được tìm thây trong bùn là carbohydrates, proteins và lipid. Dưới bức xạ MW, sự thuy phân bùn diên ra như sau: Lipid bị thuy phân thành các acid palmitic, stearic, oleic; proteins bị huy phân thành chuỗi acid no và khơng no, NH3, CO2; carbohydrates bị thuy 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 thây sự phân huy đáng kể câu trúc bơng bùn WAS và giải phóng polimer sinh học nội bào và ngoại bào ( protein và đường) từ các bơng bùn đã được hoạt hóa vào pha hòa tan. Hàm lượng nước cao thì khơng thích hợp cho sự hòa tan chât rắn, trong khi hàm lượng nước thâp 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 cơng trong việc phân huy hiệu quả bơng bùn do đó làm tăng tỷ lệ phân huy sinh học hàm lượng chât rắn trong tồn bộ pha lỏng cua bùn thải. Tuy nhiên, mức độ hòa tan bùn sẽ bị ảnh hưởng bởi: hàm lượng nước, nồng độ chât rắn, loại bùn ( sơ câp, thứ câp, 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 huy yếm khí là phương pháp tiện lợi và kinh tế để xử lý cả bùn sinh hoạt và cơng nghiệp. Tuy nhiên, sự áp dụng cua nó bị giới hạn bởi thời gian lưu dài (2050 ngày) và hiệu quả phân huy thâp (20%50%); dẫn đến sự thuy phân thâp cua WAS. Bức xạ vi sóng là bước tiền thuy phân hiệu quả để phân huy chât rắn sinh học và để tăng cường sự phân huy yếm khí bùn. COD được loại bỏ và CH4 tăng lên là 64% và 79% từ sự phân huy mesophilic. Do đó, sự phân huy yếm khí cua bùn đã được tiền xử lý bằng MW giảm được thời gian lưu bùn từ 15 ngày xuống 8 ngày. Bùn phân huy bằng MW cho thây sản phẩm khí sinh học cao hơn 16.4% và 6.3% so với sự phân huy bùn có kiểm sốt và phương pháp nhiệt truyền thống. Mặt khác, phân huy yếm khí bùn được xử lý bằng MW (tiền xử lý ở nhiệt độ cao hơn) đạt được hiệu quả phân huy cao hơn và sản phẩm khí sinh học tốt hơn so với tiền xử lý ở nhiệt độ thâp hơn(