thuyết trình BÙN: CHẤT THẢI HAY LÀ NGUỒN TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

Chuyên đề tái chế và tái sử dụng chất thải rắn.

Topic 2

BÙN: CHẤT THẢI HAY LÀ NGUỒN TÁI TẠO NĂNG LƯỢNG VÀ THU
HỒI
TÀI NGUYÊN

Giáo viện: Tô Thị Hiền
Phạm Thị Ngọc Duyên,

MSSV: 1022154

Thái Thị Tình,

MSSV: 1022305

Huỳnh Quốc Bảo,

MSSV: 1022022


TỔNG QUAN

Sử dụng bùn thải như một nguồn tài nguyên tái tạo để thu hồi năng lượng có thể là một bước
tiến quan trọng đối với sự phát triển năng lượng bền vững, đáp ứng nhu cầu năng lượng hiện tại
và tương.
Vì vậy, bài tổng hợp này thảo luận về các loại tài nguyên có thể được thu hồi từ bùn thải, các
phương pháp thông thường và mới được sử dụng để thu hồi bùn thải thành các nguồn tài nguyên
có giá trị. Hơn nữa, những yếu tố chính tham gia vào quá trình này: giai đoạn ứng dụng, ưu điểm
và nhược điểm có thể có của phương pháp cũng được thảo luận.

* TỪ MỚI và TỪ VIẾT TẮT
AD, anaerobic digestion (phân hủy yếm khí);
ALWA, artificial lightweight aggregate (cốt liệu nhẹ nhân tạo);
AOP, advanced oxidation process (quá trình oxy hóa bậc cao);
BNR, biological nutrient removal (loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học); Bt, Bacillus thuringiensis;
C/N, carbon to nitrogen ratio (tỉ lệ carbon với nitrogen);
CHP, combined heat and power (kết hợp nhiệt và điện );
DO, dissolved oxygen (oxy hòa tan); DS, dry solids (chất rắn khô);
FFA, free fatty acids (acid béo tự do);
HPH, high pressure homogenizer (đồng hóa áp lực cao);
HRT, hydraulic retention time (thời gian lưu nước); kWh, kilowatt per hour;
LHV, low heating value (nhiệt trị thấp);
MFC, microbial fuel cells (các tế bào nhiên liệu vi sinh); mgd, million gallon/day (triệu gallon / ngày); MPa,
megapascal; MT, metric ton (thước đo tấn);
MW, megawatt; MW, microwave; MWh, megawatt per hour;
NACWA O&M, National Association of Clean Water Agencies Operation and Maintenance (Hiệp hội quốc gia
về cơ quan vận hành và bảo trì nước sạch);
OLR, organic loading rate (tỉ trọng hữu cơ)


NỘI DUNG

ĐẶC TÍNH CỦA BÙN THẢI

KĨ THUẬT TÁI SINH BÙN

TÀI NGUYÊN THU HỒI TỪ BÙN THẢI

KẾT LUẬN


ĐẶC TÍNH BÙN

Bùn thải là một hỗn hợp đồng nhất phức tạp gồm vi sinh vật, các chất hữu cơ
không
phân hủy như giấy, tàn dư thực vật, dầu, hoặc cặn lăng, các hợp chất
vô cơ và hơi ẩm

Bùn được chia thành 2 loại: sơ cấp (ban đầu) và thứ cấp (bùn hoạt tính).


Đặc tính
Bảng 1. Mô tả các đặc điểm của sơ cấp và bùn hoạt tính.


* Tính chất


Bùn thải sơ cấp được tạo ra thông qua hoạt động cơ học (sàng lọc, loại bỏ sạn,
lắng) trong xử lý nước thải quá trình, thường chứa từ 93% đến 99,5% nước, các
chất hữu cơ lơ lửng và hoà tan.



Bùn thải hoạt tính (WS) hoặc bùn thứ cấp, được tạo ra trong quá trình xử lý nước
thải sinh học, các tế bào vi khuẩn chủ yếu là vật liệu hữu cơ cao phân tử phức
tạp

Khả
Khả năng
năng thu
thu hồi
hồi năng
năng lượng
lượng bùn
bùn là
là nhờ
nhờ vào
vào thành
thành phần
phần bùn
bùn gồm
gồm một
một hỗn
hỗn hợp
hợp các
các
chất
chất hữu
hữu cơ
cơ (dễ
(dễ bay
bay hơi),
hơi), các
các chất
chất vô
vô cơ
cơ (vật

(vật liệu
liệu trơ)
trơ) và
và nước
nước liên
liên kết
kết


Kĩ thuật thu hồi tài nguyên từ bùn

Phân huỷ kị khí

Quá trình oxy hoá
không khí ẩm ước

Đốt
Quá trình oxy hoá
Khí hoá

Nhiệt phân

ẩm siên tới hạn

Thuỷ nhiệt


*

Phân huỷ yếm khí (AD)

Phương tình phản ứng.
Cc Hh Oo Nn Ss + y H2O -- x CH4 + n NH3 + x H2S + (c – x) CO2
x = 1/8(4c + h − 2o − 3n − 2s)
y = ¼( 4c + h − 2o + 3n + 3s)

Thuỷ phân

Acid hoá

Acetic hoá

Methan hoá

khí sinh học

Hợp chất hữu cơ

các sản phẩm

sản phẩm của quá

được sản xuất từ

(polysaccharides

của quá trình

trình acid hóa bao

khí hydro,

, protein, và chất

thủy phân sẽ

gồm các axit hữu

format, và

béo) bị thủy

được biến đổi

cơ chuỗi ngắn và

acetate. Khí này

phân bởi

thành hydro,

rượu được tiếp tục

có thể được sử

enzyme ngoại

formate, acetate,

xử lý bằng vi

dụng như một

bào.

và các axit béo

khuẩn

nguồn năng
lượng


* Đốt
Mục
Mục đích
đích chính
chính của
của đốt
đốt bùn
bùn là
là quá
quá trình
trình oxy
oxy hóa
hóa hoàn
hoàn toàn
toàn của
của các

các hợp
hợp chất
chất hữu
hữu cơ
cơ ở
ở nhiệt
nhiệt độ
độ cao.
cao.

Trong
Trong quá
quá trình
trình này,
này, các
các chất
chất rắn
rắn sinh
sinh học
học được
được đốt
đốt cháy
cháy trong
trong buồng
buồng đốt
đốt và
và cung
cung cấp
cấp khí
khí dư

dư (oxy)
(oxy) để
để tạo
tạo thành
thành
chủ
chủ yếu
yếu là
là carbon
carbon dioxide
dioxide và
và nước,
nước, chỉ
chỉ còn
còn lại
lại vật
vật liệu
liệu trơ
trơ (tro).
(tro).

Tro
Tro này
này đã
đã được
được xử
xử lý
lý hoặc
hoặc có
có thể

thể được
được sử
sử dụng
dụng như
như một
một nguồn
nguồn để
để sản
sản xuất
xuất vật
vật liệu
liệu xây
xây dựng
dựng


* Khí hoá
Khí hóa: phân hủy bùn khô tạo thành tro và khí đốt ở nhiệt độ khoảng 1000 0

Nhiệt:
Nhiệt: dùng
dùng để
để tạo
tạo năng
năng
lượng
lượng và
và quá
quá trình
trình nhiệt

nhiệt
Sản
Sản phẩm
phẩm

Khí
Khí tổng
tổng hợp
hợp


* Nhiệt phân
Nhiệt phân bùn là một phương pháp sáng tạo để quản lý bùn và năng lượng, trong đó bùn được được
xử lý nhiệt (350 - 5000C) dưới áp suất và trong môi trường thiếu oxy.

Ưu

Nhược

điểm

điểm
Phá hủy các hợp chất hữu
cơ
Có

đòi hỏi phải xử lý thêm
thể

sử

dụng

làm

nguyên liệu
Cung cấp nhiệt
Đioxin/furan thấp.
Sản xuất phế liệu rắn ổn
định

Quy trình sản xuất than,

Các vấn đề an toàn
Chế biến phức tạp
Không có số liệu chi phí hiện
tại
Thông tin hoạt động hạn chế


Quá trình oxy hóa không khí ẩm ướt (WAO)

Quá trình oxy hóa ướt là một quá trình oxy hóa hóa học của bùn
0
(bằng cách bổ sung O2) ở nhiệt độ cao (150-330 C) và áp suất cao
(6-20 MPa).

ZIMPRO là công nghệ lâu đời nhất dựa trên quá trình này, phát
triển ở Hà Lan trong những năm 1960

Công nghệ Bayer Leprox cải tiến từ công nghệ ZIMPRO bằng cách bổ sung
các chất xúc tác áp để suất và nhiệt độ thấp hơn


*

Quá trình oxy hóa siêu tới hạn (SCOW).

Quá trình oxy hóa nước siêu tới hạn diễn ra ở nhiệt độ và áp suất rất cao (thường
0
là 2 5 MPa và 600 C).

Stendahl và Jafverstrom báo cáo từ thí nghiệm tại Thụy Điển với quá trình Aqua Reci đã kết
luận rằng quá trình SCWO phân hủy chất hữu cơ cho hơn 99,9%.

Trong quá trình này, carbon và hydro từ chất hữu cơ và sinh khối bị oxy hóa thành CO 2 và
23H2O, nitơ, lưu huỳnh và phosphorus, clo ở dạng tương ứng N2, SO4 và PO4 , Cl , và các
kim loại nặng được oxy hóa thành các oxit tương ứng.


* Xử lí thủy nhiệt
Thủy phân protein tạo thành acid amin; lipid tạo ra axit béo; vật liệu thô và các
hydrocacbon tạo thành các chất hydrocarbon phân tử thấp như đường.

 Sản xuất khí sinh học; khử nitrogen và phosphorus sinh học từ nước thải.
 Dư lượng chất lỏng của xử lý thủy nhiệt bùn thải có thể được sử dụng như một loại phân
bón thị trường, vì nó bao gồm ba chất dinh dưỡng chính (N, P, K)


*

Công nghệ thu hồi năng lượng


*

NĂNG LƯỢNG VÀ TÀI NGUYÊN thu hồi
Khí sinh học


Khí sinh học

Bio-terminator 24/85 là công nghệ phân hủy yếm khí phát triển bởi Tổ chức nghiên cứu giải pháp
chất rắn tại Đại học bang Louisiana, Mỹ. Quá trình này có khả năng phân hủy 85% TS trong 24h.

Thực hiện phân hủy yếm khí tăng cường khí metan_ được sử dụng để sản xuất điện thay vì động
cơ pittông sẽ năng cung cấp 40 -50% nhu cầu điện nhà máy; hiệu quả năng lượng tổng thể của
quá trình này là 68-83%.

Một số công nghệ xử lý sơ bộ như Cambis (nhiệt), BioThelyss (nhiệt), MicroSludge ™ (vật lý-hóa
học), Crowns (siêu âm) và Lysatec GmbH (cơ khí) đã được áp dụng thành công ở tất cả các quy
mô ở một số nước.


*

Chất dinh dưỡng

Bùn thải có chứa một lượng chất dinh dưỡng khá lớn



P

N

nguyên liệu

0,5 -0,7% TS

2,4-5,0% TS

protein

Các nghiên cứu khác cũng báo cáo rằng một lượng phosphorus khá lớn (95,5%) và amoniac (53%) có thể
được tạo ra bằng cách sử dụng sự kết hợp các phương pháp xử lí nhiệt hóa học khác nhau.



Công nghệ Reci Aqua, phát triển ở Thụy Điển, thu hồi cả phosphorus và năng lượng sử dụng kết hợp quá
0
trình SCWO. Khoảng 100% phosphorus có thể được chiết xuất với HCl hoặc H 2SO4 ở nhiệt độ 90 C và
thời gian phản ứng 2h.

Do
Do vấn
vấn đề
đề kinh
kinh tế,
tế, một

một số
số phương
phương pháp
pháp nghiên
nghiên cứu
cứu để
để phục
phục chất
chất dinh
dinh dưỡng
dưỡng hồi
hồi từ
từ bùn
bùn thải
thải chỉ
chỉ nghiên
nghiên cứu
cứu tại
tại
phòng
phòng thí
thí nghiệm
nghiệm hoặc
hoặc quy
quy mô
mô thí
thí điểm
điểm

* Kim loại nặng
loại nặng như Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg và Cr là yếu tố chính hạn chế việc sử dụng bùn cho đất vì
 Kim
đất có thể gây ra ô nhiễm nước ngầm, sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và động vật.
và cộng sự áp dụng các phương pháp chiết Tessier tuần tự bốn giai đoạn cho chưng cất kim
 PerezCid
loại tron bùn thải; thu hồi Ni (98,8%), Zn (100,2%) và Cu (93,3%).
Kuo và cộng sự đã báo cáo rằng ở tỉ lệ trạng thái rắn và lỏng (S / L) là 0,17 thì 85% và 79% Cu đã
 được
lọc từ bùn công nghiệp sau 10 phút xử lí MW sử dụng tương ứng acid nitric và sulfuric.
Wu và các cộng sự cũng báo cáo rằng 90% Cu có thể được chiết xuất từ bùn mịn (<9,5 mm) và bùn
 thô
(<150 mm) sau khi sử dụng phương pháp MW-H SO (1N) xử lí tại 800 W trong thời gian phản
2

ứng là 20 phút.

4


*

Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học là khí hoặc chất lỏng chủ yếu được sản xuất từ sinh khối. Nhiên liệu sinh
học được chú ý trên toàn thế giới bởi vì chúng có tiềm năng để thay thế nhiên liệu xăng
dầu không tái tạo trong tương lai.
Nghiên cứu gần đây

Khí

Khí
Hydro
Hydro

Khí
+
Khí tổng
tổng hợp
hợp (H
(H2
2+
CO)
CO)

Dầu
Dầu
sinh
sinh
học
học

Dầu
Dầu diesel
diesel
sinh
sinh học
học


* Vật liệu xây dựng

sử dụng bùn thải để làm vật liệu xây dựng có thể làm giảm các vấn đề xử lý chất
o Tái
thải, thay thế cho các nguồn tài nguyên không tái tạo.
trình GlassPacks phát triển bởi Tổng công ty Minergy, Mỹ; sử dụng các phần hữu cơ
o Quá
của chất rắn sinh học như một nguồn nhiên liệu tái tạo để sản xuất sản phẩm tổng hợp
trơ từ các chất vô cơ (tro).


*

Sản xuất điện từ bùn bằng nhiên liệu tế bào vi sinh vật

Điện sản xuất từ bùn: sử dụng nhiên liệu là tế bào vi sinh vật (MFC) được coi là
cách
tái sử dụng bùn có lợi.
Anot: CH3COO- + 2H2O → 2CO2 + 7H+ + 8eCatot: O2 + 4e- + 4H+ → 2H2O
Toàn bộ phản ứng phân hủy chất nền hữu cơ tạo ra CO 2 và nước đồng thời sản
xuất
ra điện.
bình thường khoảng vài trăm mV;
Điện thế của nhiên liệu tế bào sinh học
3
mật độ điện năng khoảng 50-100W/m


Nhựa sinh học
(PHA) là polyester của acid hydroxyalkan; được sản xuất trong tự nhiên bằng
Polyhydroxyalkanoates
quá trình lên men của vi khuẩn của đường hay lipit.

Vi sinh vật trong bùn hoạt tính có khả năng tích lũy PHA khác nhau từ 0.3 - 22.7mg polymer/g bùn.
PHAs sản xuất để dùng 1 lần (vd: dụng cụ, tã, mĩ phẩm, chai, tách..) do chúng phân hủy sinh học
 PHB và P(3HB-co-HV) là được phổ biến rộng rãi trong các hình thức khác


* Hấp thụ sinh học
Sử
Sử dụng
dụng các
các chất
chất hấp
hấp thụ
thụ sinh
sinh học
học để
để loại
loại bỏ
bỏ kim
kim loại
loại nặng
nặng trong
trong nước
nước thải
thải là
là một
một
phương
phương pháp
pháp sinh

sinh thái
thái thân
thân thiện,
thiện, hiệu
hiệu quả
quả và
và chi
chi phí
phí thấp
thấp

Bùn
Bùn thải
thải có
có thể
thể được
được chuyển
chuyển đổi
đổi thành
thành than
than hoạt
hoạt tính
tính sử
sử dụng
dụng quá
quá trình
trình nhiệt
nhiệt phân
phân
trong

trong điều
điều kiện
kiện kiểm
kiểm soát
soát hoặc
hoặc với
với một
một số
số hóa
hóa chất
chất xử
xử lý
lý

Than
Than hoạt
hoạt tính
tính được
được sản
sản xuất
xuất từ
từ bùn
bùn thải
thải này
này cho
cho thấy
thấy một
một sự
sự phát
phát triển

triển tốt
tốt của
của cấu
cấu trúc
trúc
mesopore
mesopore và
và loại
loại bỏ
bỏ tuyệt
tuyệt vời
vời thuốc
thuốc nhuộm
nhuộm và
và kim
kim loại
loại