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 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 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
Chủ đê ̀ 7: ỨN G D Ụ NG VI SÓNG TRONG X ỬLÝ BÙN TH Ả I VÀ THU H Ồ I TÀI NGUYÊN Nhom ́ Kim Châu Long 1022161 T quan 1.1 Ngu ồn g ốc, hi ện tr ạng bùn th ải 1.2 M ột s ố ph ương pháp x lý bùn Lê Hoang ̀ Thuỷ Tiên 1022300 Nguyêñ Tâń Thanh ̀ 1022267 1.3 Nguyên lý ho ạt động c vi sóng Ứng d ụng c vi sóng x lý bùn th ải 2.1 Hòa tan bùn thải 2.2 S ự t ăng c ường phân h ủy y ếm khí 2.3 Khả kh n ước c bùn 2.4 Lo ại b ỏ m ầm b ệnh 2.5 K ết h ợp để ti ền x lý bùn th ải 2.5.1.MW- ki ềm/ acid 2.5.2.MW- oxi hóa bậc cao (MW/ H2O2- AOP) 2.6 Thu h ồi tài nguyên 2.6.1.Ch ất dinh d ưỡng 2.6.2.Kim loại nặng Thu h ồi kim lo ại 2.6.2.2 C ố đị nh kim lo ại n ặng 2.6.3.Thu h ồi nhiên li ệu sinh h ọc Đánh giá k ết lu ận 3.1 Đánh giá 3.1.1.Ưu nh ược ểm c công ngh ệ MW 3.1.2.Các nhân t ố ảnh h ưởng đế n ti ến trình x lý bùn b ằng MW 3.1.3.Khả ứng d ụng MW t ại Vi ệt Nam 3.2 K ết lu ận 3.2.1.C ốt lõi c vi ệc chi ếu x vi sóng để x lý bùn 3.2.2.H ướng nghiên c ứu t ương lai Đề xu ất – Ki ến nghị 2.6.2.1 T ỔNG QUAN 1.1 Ngu ồn g ốc, hi ện tr ạng bùn th ải - 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 t ăng liên t ục c bùn tiêu chuẩn chất lượng môi trường nghiêm ngặt Phương pháp th ải b ỏ bùn truyền thống đốt tro, thải bỏ bãi chôn lấp hay đại dương đối m ặt 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 ch ế khả n ăng tái sử dụng phân bón 1.2 M ột s ố ph ương pháp x lý bùn Trong th ời gian gần đây, chi ến l ược gi ảm l ượng bùn: gi ảm l ượng bùn dòng n ước thải, giảm l ượng bùn dòng bùn (ti ền x lý b ằng nhi ệt, v ật lý, hóa h ọc để tăng c ường th ủy phân bùn tr ước phân h ủy y ếm khí), gi ảm l ượng bùn dòng thải cu ối ( đốt tro nhi ệt phân) Quá trình ti ền x lý dòng bùn phá v ỡ h ợp ch ất polymer ngo ại bào (EPS) m ạng l ưới cation hóa tr ị II đó, làm tăng khả phân hủy sinh h ọc c bùn th ải đượ c ho ạt hóa (WAS) Ưu ểm c ph ương pháp ti ền x lý( nhi ệt, ultrasonication, acid-ba z ơ, s ự phân h ủy c h ọc s ự zơn hóa) bùn khơng c ần b ước kh n ước tr ước vào trình xử lý x lý bùn thơng qua q trình th ủy phân cơng ngh ệ s ạch (không cần nhà máy làm s ạch khí ph ức t ạp t trình đốt tro) Sử dụng kỹ thuật vi sóng cho x lý bùn thải nhi ệt Thông qua phân hủy bùn đề cải thi ện s ự phân h ủy yếm khí, ổn định kim lo ại n ặng, kh trùng bùn, thu h ồi tài nguyên nh khí sinh h ọc giàu l ượng, d ầu sinh h ọc ch ất dinh d ưỡng Động l ực làm tăng ứng dụng vi sóng: khả n ăng đốt nóng nhanh chóng, tăng tỷ lệ phản ứng, d ễ ki ểm soát t ăng hi ệu qu ả n ăng l ượng hi ệu qu ả nhi ệt cao Do đó, k ỹ thu ật vi sóng có nhiều ti ềm nh ngu ồn sinh nhi ệt thay th ế cho x lý dòng th ải x lý ô nhi ễm môi tr ường 1.3 Nguyên lý ho ạt động c vi sóng Trong d ải quang ph ổ ện t ừ, b ức x vi sóng xảy độ dài bước sóng 1m-1mm tương ứng v ới t ần s ố 300 MHz( 3108 vòng/giây) đến 300GHz(31011 vòng/giây) Vi sóng cơng nghiệp th ường hoạt động t ại t ần s ố 2.45GHz đượ c thi ết k ế cho ch ế bi ến th ực phẩm; n ước th ực ph ẩm ch ất h ấp th ụ t ốt MW t ại t ần s ố Năng l ượng MW h ấp th ụ đượ c chuy ển đổi thành nhi ệt v ật li ệu, k ết qu ả làm tăng nhi ệt độ Phần l ớn l ượng nhi ệt làm t ăng nhi ệt độ c v ật li ệu làm cho phần bên tr nên nóng h ơn b ề m ặt( b ề m ặt b ị m ất nhi ệt môi trường xung quanh mát h ơn) Đi ều ngược v ới cách gia nhi ệt truy ền th ống ngu ồn nhi ệt t bên cung cấp cho b ề m ặt bên v ật li ệu r ồi t khu ếch tán vào bên Việc làm nóng b ằng sóng siêu âm khơng cần làm nóng q m ức b ề m ặt làm giảm phá h ủy b ề mặt trình làm khô v ật li ệu ướt C ch ế c b ức xạ vi sóng bao g ồm hi ệu ứng nhi ệt hi ệu ứng không nhi ệt V ới vi sóng, “hi ệu ứng khơng nhi ệt” đề c ập đến ảnh h ưởng không liên quan đến vi ệc t ăng nhiệt độ, hi ệu ứng nhi ệt đề c ập trình phát sinh nhi ệt h ấp th ụ n ăng lượng vi sóng c n ước hay h ợp ch ất h ữu c Ứng d ụng c vi sóng x lý bùn th ải 2.1 Hòa tan bùn thải Bức xạ vi sóng phá v ỡ bơng bùn t ế bào gi ải phóng ch ất h ữu c vào pha hòa tan Thành ph ần h ữu c đượ c tìm th bùn carbohydrates, proteins lipid D ưới b ức x MW, thủy phân bùn di ễn nh sau: Lipid b ị th ủy phân thành acid palmitic, stearic, oleic; proteins b ị h ủy phân thành chu ỗi acid no không no, NH3, CO2; carbohydrates bị th ủy phân thành polysaccharides có kh ối lượng phân t nh ỏ h ơn th ậm chí có th ể thành đườ ng đơn Tiền x lý sóng siêu âm 960 C làm t ăng 71% n ồng độ protein hòa tan Tuy nhiên, vi ệc gi ải phóng phần h ữu c hòa tan vào pha n ổi m ặt ph ụ thu ộc vào m ức độ tan rã t ại nhi ệt độ MW khác nhau, tăng n ồng độ đáng kể t 0.07 lên 0.85g/L lipid, 0.15 lên 0.9g/L protein 0.07 lên 0.9g/L carbohydrates S ự tăng n ồng độ nhu c ầu oxi hóa h ọc hòa tan (SCOD) c ũng cho th s ự phân h ủy đáng kể cấu trúc bùn WAS gi ải phóng polimer sinh h ọc n ội bào ngo ại bào ( protein đườ ng) t bơng bùn đượ c ho ạt hóa vào pha hòa tan Hàm lượng n ước cao khơng thích h ợp cho s ự hòa tan ch ất r ắn, hàm l ượng n ước th ấp n ăng l ượng đầu vào s ẽ d ẫn t ới hòa tan bùn l ớn h ơn Nhi ều n ăng l ượng b ị tiêu th ụ vi ệc tăng nhi ệt độ bùn có hàm l ượng n ước cao, ều làm gi ảm hi ệu lượng việc hòa tan bùn Phương pháp vi sóng thành công việc phân h ủy hi ệu qu ả bơng bùn làm t ăng t ỷ l ệ phân h ủy sinh h ọc hàm l ượng ch ất rắn toàn b ộ pha l ỏng c bùn th ải Tuy nhiên, m ức độ hòa tan bùn s ẽ b ị ảnh hưởng bởi: hàm l ượng n ước, n ồng độ ch ất r ắn, lo ại bùn ( s c ấp, th ứ c ấp, h ỗn h ợp), nhiệt độ xử lý, cường độ lượng th ời gian ph ản ứng 2.2 S ự t ăng c ường phân h ủy y ếm khí Phân h ủy y ếm khí ph ương pháp ti ện l ợi kinh t ế để x lý c ả bùn sinh ho ạt công nghiệp Tuy nhiên, s ự áp d ụng bị gi ới h ạn b ởi th ời gian l ưu dài (20-50 ngày) hi ệu qu ả phân h ủy th ấp (20%-50%); dẫn đến s ự th ủy phân thấp WAS Bức xạ vi sóng b ước ti ền th ủy phân hi ệu qu ả để phân h ủy ch ất r ắn sinh h ọc để tăng cường s ự phân h ủy y ếm khí bùn COD đượ c lo ại b ỏ CH4 tăng lên 64% 79% từ phân hủy mesophilic Do đó, phân h ủy y ếm khí c bùn đượ c ti ền x lý MW giảm đượ c th ời gian l ưu bùn t 15 ngày xu ống ngày Bùn phân h ủy MW cho thấy s ản ph ẩm khí sinh h ọc cao h ơn 16.4% 6.3% so v ới s ự phân h ủy bùn có kiểm sốt ph ương pháp nhi ệt truy ền th ống Mặt khác, phân h ủy y ếm khí bùn đượ c x lý b ằng MW (ti ền x lý nhi ệt độ cao h ơn) đạt đượ c hi ệu phân h ủy cao h ơn s ản ph ẩm khí sinh h ọc t ốt h ơn so v ới ti ền x lý nhiệt độ th ấp h ơn(