Thuyết trình Bùn: Nguồn thải hay nguồn tái tạo năng lượng và phục hồi tài nguyên

Đề tài 2:

Bùn: Nguồn thải hay nguồn tái tạo năng lượng và phục
hồi tài nguyên
Nhóm 20: Nguyễn Kim Chi
Lê Thị Phương Thảo
Lý Thị Thu

1022033
1022272
1022287


Các từ viết tắt
 MFC: microbial fuel cells (nhiên liệu tế bào vi sinh)
 AD: anaerobic digestion (phân hủy yếm khí )
 HRT: hydraulic retention time (thời gian lưu nước )
 OLR: organic loading rate (tỉ lệ tải trọng hữu cơ)
 SCWO: supercritical water oxidation (quá trình oxy hóa nước siêu tới hạn)
 SRT: sludge retention time (thời gian lưu bùn)
 AOP: advanced oxidation process (quá trình oxy hóa bậc cao )
 USEPA: United States Environmental Protection Agency ( Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kì)
 WWTP: wastewater treatment plant (nhà máy xử lý nước thải)


Nội dung
1. Giới thiệu
2. Đặc tính bùn
3. Kỹ thuật thu hồi tài nguyên
4. Năng lượng và tài nguyên thu hồi
5. Kịch bản toàn cầu

6. Hiện trạng xử lý bùn tại Việt Nam
7. Kết luận


1. Giới thiệu

Bùn thông thường được xử lý bằng thiêu đốt, chôn lấp, thải ra biển hoặc điều hòa đất
trong nông nghiệp.

Hiện tại, bùn đang được nghiên cứu tái sử dụng để thu hồi tài nguyên và năng lượng.

Hai thành phần trong bùn mà về mặt kỹ thuật và kinh tế khả thi để tái chế là những
dưỡng chất (chủ yếu là nitơ và phospho) và năng lượng (carbon).


2. Đặc tính bùn

Bùn cống

Bùn thải

Bùn thải

sơ cấp

thứ cấp

•Hỗn hợp đồng nhất phức

•Quá trình xử lý nước thải

•Quá trình xử lý sinh học

tạp của VSV, chất hữu cơ

cơ học, thành phần chủ yếu

nước thải chứa các tế bào

khó phân hủy, vật liệu vô cơ

là nước, các chất lơ lửng và

chủ yếu là vi khuẩn, vật liệu

và độ ẩm.

hòa tan.

hữu cơ cao phân tử phức
tạp.


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

Bùn sơ cấp

Bùn hoạt tính

Tổng chất rắn khô TS, %

5-9

0.8-1.2

Chất rắn bay hơi (VS, %TS)

60-80

59-68

Nitrogen (N, %TS)

1.5-4

2.4-5.0

Phosphorus (P, %TS)

0.8-2.8

0.5-0.7

Chất hóa học,(K2O %TS)

0-1

0.5-0.7

Cellulose (%TS)

8-15

7-9.7

Sắt (Fe g/kg)

2-4

-

Silica (SiO2 %TS)

15-20

-

pH

5.0-8.0

6.5-8

Dầu mỡ và chất béo (%TS)

7-35

5-12

Protein

20-30

32-41

Alkalinity (mg/L as CaCO3)

500-1500

580-1100

Acid hữu cơ (mg/L as acetate)

200-2000

1100-1700

Năng lượng (kJ/kg TS)

23000-2900

19000-23000


3. Kỹ thuật thu hồi tài nguyên
Các phương pháp thu hồi tài nguyên từ bùn:

 Phân hủy kỵ khí (Anaerobic digestion)
 Đốt và đồng đốt (Incineration and co-incineration)

 Khí hóa (Gasification)
 Nhiệt phân (Pyrolysis)
 Quá trình oxy hóa không khí ẩm (Wet air oxidation)
 Quá trình oxy hóa ẩm siêu tới hạn (Supercritical wet oxidation)
 Xử lý thủy nhiệt (Hydrothermal treatment)


Các con đường thu hồi tài nguyên từ bùn thải


Bảng 2: các công nghệ thu hồi nguồn tài nguyên


4. thu hồi năng lượng và tài nguyên

 Thu hồi khí sinh học từ phân hủy kị khí
 Thu hồi chất chất dinh dưỡng
 Thu hồi kim loại nặng
 Sản xuất nhiên liệu sinh học
 Sản xuất vật liệu xây dựng
 Sản xuất điện từ tế bào vsv (MFC)
 Nhựa sinh học
 Hấp thụ sinh học
 Thuốc trừ sâu sinh học
 Các nguồn khác


4.1. Thu hồi khí sinh học từ phân hủy kị khí
Cách khác nhau của việc sử dụng khí sinh học sau khi tinh chế thích hợp và xử lý cần thiết

4.2. Thu hồi chất dinh dưỡng

 Trong bùn có chứa nhiều N và P thu hồi
 Phương pháp thu hồi: sử dụng phương pháp vật lí-hóa học và nhiệt để hòa tan P, sau đó
thu hồi bằng phản ứng kết tủa.

 Một số công nghệ đang được sử dụng :OSTARA, Seaborn, Crystalactors.
 Nhược điểm: chi phí vận hành cao hơn so với việc khai thác trực tiếp


4.3.Thu hồi kim loại nặng

 Thành phần: bùn thải chứa nhiều kim loại nặng có nguy cơ ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm,
sức khỏe con ngườiphải xử lí trước khi thải bỏ.

 Phương pháp thông thường: trích li các ion kim loại hoặc ổn định chúng ở thể rắn.
 Phương pháp hiện đại: sử dụng vi sóng kết hợp lọc acid


4.4.Sản xuất nhiên liệu sinh học

 Nguyên liệu: sinh khối từ bùn thải
 Phương pháp: nhiệt phân bùn
 Sản phẩm: khí hidro, khí tổng hợp, dầu sinh học, dầu diesel sinh học.
4. 5.Sản xuất vật liệu xây dựng

 Sản phẩm: gạch nung, xi măng, vật liệu thô nhân tạo….
 Phương pháp: nung trong lò sản xuất

4.6. Sản xuất điện từ tế bào VSV (MFC)
vsv
+
Anot: CH3COO + 2H2O
→ 2CO2 + 7H + 8e
+
Catot: O2 + 4e + 4H → 2H2O

 Phản ứng sinh học MFC có thể tạo ra điện từ electron đi từ anot sang catot bên ngoài
mạch

 Phụ thuộc vào pH, chất nền,loại vi khuẩn…
 Điện thế của nhiên liệu sinh học tế bào bình thường khoảng vài trăm mV. Mật độ
điện năng khoảng 50-100W/m

3


4.7. Nhựa sinh học

 Polyhydroxyalkanoates (PHA) là polyester của acid hydroxyalkan,
 PHA sản xuất bởi bùn hoạt tính không tinh khiết.
 Khả năng tích lũy PHA của bùn là 20-30% cho bùn hiếu khí tuyệt đối, 17-57% cho bùn
thiếu khí và 33-50% cho bùn kị khí.


4.8. Hấp thụ sinh học

 Là một phương pháp sinh thái thân thiện, hiệu quả và chi phí thấp.

 Chất thải bùn hoạt tính được xem như một chất hấp thụ sinh học tốt cho việc loại bỏ
các ion kim loại nặng từ nước thải công nghiệp.

 Sản xuất bằng cách kích hoạt hóa học tẩm H2SO4 rồi nhiệt phân.
 Phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ nhiệt phân, thời gian, và các chất hóa học cụ thể của
các tiền chất bùn.


4.9. Thuốc trừ sâu sinh học

 Vi khuẩn Bacillus thuringiensis (Bt) là thuốc trừ sâu sinh học rất hiệu quả được sử dụng rộng
rãi trong nông học, lâm nghiệp và y tế công cộng.

 Phương pháp sản xuất: lên men bùn thu hồi sản phẩm / thu hoạch  hoàn thành sản phẩm.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sản xuất thuốc trừ sâu sinh học: pH, oxy hòa tan (DO),
nồng độ chất rắn và nguồn bệnh, loại bùn.


4.10. Các nguồn khác

Protein

Enzyme

Phân bón sinh

Axit dễ bay

học

hơi




Protein

 Thành phần chính của bùn thải là protein và carbohydrate.
 Protein thu hồi tối đa 80,5% ở một pH tối ưu 3.3.
 Amoni sunfat (40%) là chất keo tụ cho phục hồi protein hiệu quả tối đa nhất 91%.
 Các sản phẩm thu hồi bao gồm tất cả các axit amin cần thiết có thể bổ sung vào thức ăn gia
súc.


 Enzyme
 Những enzyme có thể được sử dụng để thúc đẩy phân hủy sinh học bùn, khí sinh học trong
quá trình phân hủy yếm khí.

 Enzyme được sử dụng để thực hiện vô số phản ứng hóa học, trong thương mại được sử dụng
trong các chất tẩy rửa, thực phẩm, dược phẩm quan trọng.




Phân bón hóa học

 Phân bón chứa các nguyên tố vi lượng axit amin (AACTE) được coi là một phân bón
thân thiện môi trường cho bông, hoa quả và cây công nghiệp khác .

 Các vi khuẩn protein trong bùn thải đã được tách ra để tạo ra phân bón AACTE .
 Điều kiện thủy phân tối ưu để tách protein từ bùn thải là pH 0,5, nhiệt độ 121 oC trong
5h.




Acid dễ bay hơi

Một số axit dễ bay hơi như axit axetic, axit fomic và axit propionic có thể được thu hồi từ bùn
thải sử dụng phân hủy sinh học kị khí, hoặc quá trình nhiệt như quá trình oxy hóa không khí ẩm
để sản xuất hóa chất.


•

Hoa Kỳ

Thụy Điển

Các kỹ thuật phục hồi năng lượng khác nhau đang được sử dụng

•Sử dụng khí sinh học có nguồn gốc từ bùn như dạng nhiên liệu sinh học trong lĩnh vực giao

Nhật Bản

thông vận tải.

5. Kịch bản toàn cầu

•Một trong những nước tiên phong trong sản xuất vật liệu xây dựng từ bùn thải


Anh

Trung Quốc

•Phục hồi phospho từ bùn thải.

Hà Lan, Đức

•Chính phủ đề xuất tạo ra 20% sản lượng điện từ các nguồn năng lượng tái tạo vào năm 2020.