1.4. Tiềm năng tái sử dụng và thu hồi năng lƣợng từ bùn thải
1.4.9. Xử lý thuỷ nhiệt bùn thải
Xử lý thuỷ nhiệt (hay thuỷ phân nhiệt) là một q trình trong đó bùn được đốt nóng như pha nước đến nhiệt độ từ 120 tới 4000C. Quá trình xử lý thuỷ nhiệt nhằm mục đích phân huỷ bùn và hình thành, tích tụ các sản phẩm hồ tan. Điều này cho phép thu hồi và tái chế các nguồn tài ngun hữu ích có trong bùn thải, chẳng hạn: các axit béo dễ bay hơi, các hợp chất phốt pho, các hợp chất hữu cơ và các chất đơng tụ. Kết quả thu được từ các thí nghiệm (quy mơ phịng thí nghiệm) cho thấy hàm lượng đáng kể nhu cầu oxy hoá học (COD) và các axit béo dễ bay hơi có thể thu được. Bùn có COD đầu vào khoảng 20g/L, nồng độ tối đa của các axit béo dễ bay hơi trong khoảng 4g/L thu được ở các nhiệt độ xử lý vừa phải (dưới 2000
C). Quan sát thấy rằng việc bổ sung thêm chất oxy hoá (chẳng hạn H2O2) có thể tác động tích cực đến q trình sản sinh các axit béo dễ bay hơi, phụ thuộc vào nhiệt độ xử lý, thời gian xử lý, loại bùn và lượng chất oxi hoá.
Tiềm năng xử lý thuỷ nhiệt nhằm thu hồi năng lượng từ bùn thải phụ thuộc mạnh vào hiệu suất của quá trình. Các axit béo dễ bay hơi và các hợp chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học hồ tan khác có thể được sử dụng hiệu quả như một nguồn năng lượng hay nguồn cacbon hữu cơ trong bước khử nitơ trong quá trình xử lý nước thải. Nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của bùn có thể dễ dàng được thu hồi và tái sử dụng bằng cách sử dụng các bộ trao đổi nhiệt. Tuy nhiên, những gì xảy ra với các chất độc hại, đặc biệt các chất hữu cơ độc hại là chưa rõ ràng. Để giải quyết hoàn toàn vấn đề bùn thải, các quá trình xử lý chuyên sâu tiếp theo là cần thiết.
Về cơ bản, có thể đánh giá và so sánh các phương pháp thu hồi năng lượng khác nhau đã được đề cập ở trên liên quan đến giai đoạn phát triển, kỹ thuật và tính khả thi kinh tế, tính bền vững đối với môi trường và sự chấp nhận của xã hội. Tuy nhiên, điều kiện của khu vực và địa phương cũng có thể ảnh hưởng đến tính khả thi của một phương pháp xử lý. Mặt khác, một phương pháp mới được mong đợi cũng cần được nghiên cứu thêm để phát triển tới một quy mô thực tế và sự cạnh tranh giữa các phương pháp sẽ chỉ dừng lại khi có một trong số các phương pháp được lựa chọn để áp dụng vào thực tiễn.
Đã có nhiều lựa chọn cho q trình sản xuất năng lượng từ các hợp chất hữu cơ có mặt trong bùn thải trước đó, đơi khi cũng kết hợp với việc sản xuất các vật liệu có giá trị từ các hợp chất vơ cơ có trong bùn. Do trọng tâm của quá trình xử lý bùn thải phải là một q trình hồn tồn, bởi vậy dạng tồn tại của những chất độc trong bùn cũng phải được xem xét trong việc đánh giá một quá trình thu hồi năng lượng. Hơn nữa, cần chú ý tới lượng nước lớn và các thành phần phốt pho trong bùn. Trong trường hợp sản xuất xi măng từ bùn thải, hàm lượng phốt pho quá cao có thể là một vấn đề.
Trong thực tế, hai nhóm q trình thu hồi năng lượng có thể được phân biệt: các q trình hố học/nhiệt và các q trình sinh học. Nếu nhiệt độ đủ cao, các quá trình hố học/nhiệt cho kết quả oxy hố hồn tồn các chất hữu cơ, cũng như các chất hữu cơ độc hại. Các kim loại nặng thường được cố định trong thành phần vô cơ. Các phần vô cơ có thể được dùng cho q trình sản xuất các vật liệu xây dựng.
Về nguyên tắc, cũng có thể sản xuất các chất mang năng lượng khí hay lỏng nhờ con đường sinh học hoặc sản xuất điện trực tiếp từ bùn thải. Tuy nhiên, trong các quá trình này, một phần các chất hữu cơ sẽ khơng được chuyển hố thành chất mang năng lượng. Ngoài ra, các hợp chất hữu cơ độc hại hầu như khơng bị phân huỷ sinh học. Hiện nay, chỉ có q trình sản xuất khí sinh học bằng con đường phân huỷ kỵ khí được quan tâm. Quá trình này đã được áp dụng trên toàn thế giới từ nhiều thập kỷ trước và được mong đợi sẽ phát triển mạnh trong một thời gian ngắn.
Tuy nhiên, trong quá trình này cũng chỉ có một phần tương đối nhỏ các chất hữu cơ được chuyển hố thành khí sinh học. Hơn nữa, trong phần thải ngoài các chất cặn bã hữu cơ cịn chứa cả các hợp chất vơ cơ độc hại.
Trên toàn thế giới, chúng ta thấy một nỗ lực to lớn để sản xuất năng lượng, các chất mang năng lượng hay điện sinh học từ sinh khối và các chất thải có nguồn gốc sinh học. Nghiên cứu các q trình với mục đích sản xuất năng lượng hoặc các sản phẩm có giá trị khác từ bùn thải bằng các phương pháp nhiệt được kỳ vọng quan tâm nhiều hơn (khí hố, nhiệt phân và oxi hố ướt siêu tới hạn).
Bên cạnh việc tập trung trực tiếp vào quá trình sản xuất và hiệu suất thiết bị phản ứng, quá trình tiền xử lý bùn thải cũng nhận được sự quan tâm đáng kể. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc chuyển đổi các chất rắn hoặc nửa rắn có nguồn gốc sinh học thành chất mang năng lượng hoặc trực tiếp thành dịng điện. Mục đích của q trình tiền xử lý là làm cho sinh khối và các thành phần hữu cơ trở nên dễ phân huỷ sinh học bởi các vi sinh vật. Kinh nghiệm và kiến thức thu được của việc nghiên cứu sản xuất năng lượng từ sinh khối có thể hữu ích cho sự phát triển hơn nữa các chất mang năng lượng và điện từ các sinh khối thải, chẳng hạn bùn thải.