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 Tổng quan 1.1 Nguồn gốc, trạng bùn thải 1.2 Một số phương pháp xử lý bùn 1.3 Nguyên lý hoạt động vi sóng Ứng dụng vi sóng xử lý bùn thải 2.1 Hòa tan bùn thải 2.2 Sự tăng cường phân hủy yếm khí 2.3 Khả khử nước bùn 2.4 Loại bỏ 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 kết luận 3.1 Đánh giá 3.1.1.Ưu nhược điểm công nghệ MW 3.1.2.Các nhân tố ảnh hưởng đến tiến trình xử lý bùn MW 3.1.3.Khả ứng dụng MW Việt Nam 3.2 Kết luận 3.2.1.Cốt lõi việc chiếu xạ vi sóng để xử lý bùn 3.2.2.Hướng nghiên cứu tương lai Đề xuất – Kiến nghị Tổng quan 1.1 Nguồn gốc, trạng bùn thải Nguồn gốc: bùn thải phát sinh từ trình xử lý nước thải nhà máy, khu công nghiệp - Hiện trạng: quản lý lượng bùn dư vấn đề cần quan tâm tăng liên tục bùn tiêu chuẩn chất lượng môi trường nghiêm ngặt Phương pháp thải bỏ bùn truyền thống đốt tro, thải bỏ bãi chôn lấp hay đại dương đối mặt với áp lực phản đối quan môi trường cộng đồng Sự ứng dụng bùn thải phân bón biện pháp chọn Tuy nhiên, diện mầm bệnh, kim loại nặng, PAH, PCB dioxins bùn làm hạn chế khả tái sử dụng phân bón 1.2 Một số phương pháp xử lý bùn Trong thời gian gần đây, chiến lược giảm lượng bùn: giảm lượng bùn dòng nước thải, giảm lượng bùn dòng bùn (tiền xử lý nhiệt, vật lý, hóa học để tăng cường thủy phân bùn trước phân hủy yếm khí), giảm lượng bùn dòng thải cuối ( đốt tro nhiệt phân) Quá trình tiền xử lý dòng bùn phá vỡ hợp chất polymer ngoại bào (EPS) mạng lưới cation hóa trị II đó, làm tăng khả phân hủy sinh học bùn thải hoạt hóa (WAS) Ưu điểm phương pháp tiền xử lý( nhiệt, ultrasonication, acid-ba zơ, phân hủy học zơn hóa) bùn khơng cần bước khử nước trước vào trình xử lý xử lý bùn thơng qua q trình thủy phân công nghệ (không cần nhà máy làm khí phức tạp từ q trình đốt tro) Sử dụng kỹ thuật vi sóng cho xử lý bùn thải nhiệt Thông qua phân hủy bùn đề cải thiện phân hủy yếm khí, ổn định kim loại nặng, khử trùng bùn, thu hồi tài nguyên khí sinh học giàu lượng, dầu sinh học chất dinh dưỡng Động lực làm tăng ứng dụng vi sóng: khả đốt nóng nhanh chóng, tăng tỷ lệ phản ứng, dễ kiểm soát tăng hiệu lượng hiệu nhiệt cao Do đó, kỹ thuật vi sóng có nhiều tiềm nguồn sinh nhiệt thay cho xử lý dòng thải xử lý ô nhiễm môi trường 1.3 Nguyên lý hoạt động vi sóng Trong dải quang phổ điện từ, xạ vi sóng xảy độ dài bước sóng 1m-1mm tương ứng với tần số 300 MHz( 3108 vòng/giây) đến 300GHz(31011 vòng/giây) Vi sóng cơng nghiệp thường hoạt động tần số 2.45GHz thiết kế cho chế biến thực phẩm; nước thực phẩm chất hấp thụ tốt MW tần số Năng lượng MW hấp thụ chuyển đổi thành nhiệt vật liệu, kết làm tăng nhiệt độ Phần lớn lượng nhiệt làm tăng nhiệt độ vật liệu làm cho phần bên trở nên nóng bề mặt( bề mặt bị nhiệt mơi trường xung quanh mát hơn) Điều ngược với cách gia nhiệt truyền thống nguồn nhiệt từ bên cung cấp cho bề mặt bên vật liệu từ khuếch tán vào bên Việc - làm nóng sóng siêu âm khơng cần làm nóng q mức bề mặt làm giảm phá hủy bề mặt q trình làm khơ vật liệu ướt Cơ chế xạ vi sóng bao gồm hiệu ứng nhiệt hiệu ứng khơng nhiệt Với vi sóng, “hiệu ứng không nhiệt” đề cập đến ảnh hưởng không liên quan đến việc tăng nhiệt độ, hiệu ứng nhiệt đề cập trình phát sinh nhiệt hấp thụ lượng vi sóng nước hay hợp chất hữu Ứng dụng vi sóng xử lý bùn thải 2.1 Hòa tan bùn thải Bức xạ vi sóng phá vỡ bơng bùn tế bào giải phóng chất hữu vào pha hòa tan Thành phần hữu tìm thấy bùn carbohydrates, proteins lipid Dưới xạ MW, thủy phân bùn diễn sau: Lipid bị thủy phân thành acid palmitic, stearic, oleic; proteins bị hủy phân thành chuỗi acid no không no, NH3, CO2; carbohydrates bị thủy phân thành polysaccharides có khối lượng phân tử nhỏ chí thành đường đơn Tiền xử lý sóng siêu âm 960 C làm tăng 71% nồng độ protein hòa tan Tuy nhiên, việc giải phóng phần hữu hòa tan vào pha mặt phụ thuộc vào mức độ tan rã nhiệt độ MW khác nhau, tăng nồng độ đáng kể từ 0.07 lên 0.85g/L lipid, 0.15 lên 0.9g/L protein 0.07 lên 0.9g/L carbohydrates Sự tăng nồng độ nhu cầu oxi hóa học hòa tan (SCOD) cho thấy phân hủy đáng kể cấu trúc bơng bùn WAS giải phóng polimer sinh học nội bào ngoại bào ( protein đường) từ bơng bùn hoạt hóa vào pha hòa tan Hàm lượng nước cao khơng thích hợp cho hòa tan chất rắn, hàm lượng nước thấp lượng đầu vào dẫn tới hòa tan bùn lớn Nhiều lượng bị tiêu thụ việc tăng nhiệt độ bùn có hàm lượng nước cao, điều làm giảm hiệu lượng việc hòa tan bùn Phương pháp vi sóng thành công việc phân hủy hiệu bùn làm tăng tỷ lệ phân hủy sinh học hàm lượng chất rắn toàn pha lỏng bùn thải Tuy nhiên, mức độ hòa tan bùn 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 lượng thời gian phản ứng 2.2 Sự tăng cường phân hủy yếm khí Phân hủy yếm khí phương pháp tiện lợi kinh tế để xử lý bùn sinh hoạt công nghiệp Tuy nhiên, áp dụng bị giới hạn thời gian lưu dài (20-50 ngày) hiệu phân hủy thấp (20%-50%); dẫn đến thủy phân thấp WAS Bức xạ vi sóng bước tiền thủy phân hiệu để phân hủy chất rắn sinh học để tăng cường phân hủy yếm khí bùn COD loại bỏ CH4 tăng lên 64% 79% từ phân hủy mesophilic Do đó, phân hủy yếm khí bùn tiền xử lý MW giảm thời gian lưu bùn từ 15 ngày xuống ngày Bùn phân hủy MW cho thấy sản phẩm khí sinh học cao 16.4% 6.3% so với phân hủy bùn có kiểm sốt phương pháp nhiệt truyền thống Mặt khác, phân hủy yếm khí bùn xử lý MW (tiền xử lý nhiệt độ cao hơn) đạt hiệu phân hủy cao sản phẩm khí sinh học tốt so với tiền xử lý nhiệt độ thấp hơn(