Topic 2 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,
1022154
Thái Thị Tình,
1022305
Huỳnh Quốc Bảo,
1022022

MSSV:
MSSV:
MSSV:


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

nước liên kết


Kĩ thuật thu hồi tài nguyên từ bùn

Phân huỷ kị khí

Quá trình oxy hoá
không khí ẩm ước

Đốt
Khí hoá
Nhiệt phân

Quá trình oxy hoá
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

Hợp chất
hữu cơ
(polysacch
arides,
protein, và
chất béo)
bị thủy
phân bởi
enzyme
ngoại bào.

các sản
phẩm của
quá trình
thủy phân
sẽ được
biến đổi
thành
hydro,
formate,
acetate, và
các axit
béo

sản phẩm
của quá
trình acid
hóa bao
gồm các
axit hữu cơ
chuỗi ngắn
và rượu
được tiếp
tục xử lý
bằng vi
khuẩn

khí sinh
học được
sản xuất từ
khí hydro,
format, và
acetate.
Khí này có
thể được
sử dụng
như một
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 10000

Sản phẩm

Nhiệt: dùng để
tạo năng lượng
và quá trình
nhiệt
Khí tổng 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 điểm

Phá hủy các
hợp chất hữu cơ
Có
thể
sử
dụng
làm
nguyên liệu
Cung

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

Nhược
điểm

Quy trình sản
xuất than, đòi
hỏi phải xử lý
thêm
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 (bằng cách bổ
sung O2) ở nhiệt độ cao (150-3300C) 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 là 2 5 MPa
và 6000C).

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 CO2 và H2O, nitơ, lưu huỳnh
và phosphorus, clo ở dạng tương ứng N2, SO42- và
PO43-, 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
0,5 -0,7%
TS

N
2,4-5,0%
TS

nguyên
liệu
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 trình
SCWO. Khoảng 100% phosphorus có thể được chiết xuất với

HCl hoặc H2SO4 ở nhiệt độ 900C 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
 Kim loại nặng như Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Hg và Cr là yếu tố chính
hạn chế việc sử dụng bùn cho đất vì đất có thể gây ra ô
nhiễm nước ngầm, sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe con người và
động vật.

 PerezCid

và cộng sự áp dụng các phương pháp chiết Tessier
tuần tự bốn giai đoạn cho chưng cất kim 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-H2SO4 (1N) xử lí tại 800 W
trong thời gian phản ứng là 20 phút.


*

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
Hydr
o

Khí
Khí tổng
tổng
hợp
hợp (H
(H22 +
+
CO)
CO)

Dầu

sinh
học

Dầu
diesel
sinh
học


* Vật liệu xây dựng
o Tái

sử dụng bùn thải để làm vật liệu xây dựng có
thể làm giảm các vấn đề xử lý chất thải, thay thế
cho các nguồn tài nguyên không tái tạo.

o Quá

trình GlassPacks phát triển bởi Tổng công ty
Minergy, Mỹ; sử dụng các phần hữu cơ 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 CO2 và nước đồng thời sản xuất ra điện.

Điện

thế của nhiên liệu tế bào sinh học
bình thường khoảng vài trăm mV; mật độ
điện năng khoảng 50-100W/m3


Nhựa sinh học
Polyhydroxyalkanoates

(PHA) là polyester của acid
hydroxyalkan; được sản xuất trong tự nhiên bằng 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
thức khác

rộng rãi trong các hình


* Hấp thụ sinh học
Sử dụng các chất hấp thụ
kim loại nặng trong nước
pháp sinh thái thân thiện,
thấp

sinh
thải
hiệu

học để loại bỏ
là một phương
quả và chi phí

Bùn thải có thể được chuyển đổi thành than hoạt
tính sử dụng quá trình nhiệt phân trong điều
kiện kiểm soát hoặc với một số hóa chất xử lý
Than hoạt tính được sản xuất từ bùn thải này cho thấy
một sự phát triển tốt của cấu trúc mesopore và loại bỏ
tuyệt vời thuốc nhuộm và kim loại