ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG XỬ LÝ BÙN THẢI VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN

Chu đê 7: ỨNG DỤNG VI SÓNG TRONG XỬ LÝ BÙN THẢI 

VÀ THU HỒI TÀI NGUYÊN
Nhom 6

Kim Châu Long  1022161

1. Tổng quan
Lê Hoang Thuy Tiên 1022300
1.1. Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải
1.2. Một số phương pháp xử lý bùn
Nguyên Tân Thanh 1022267
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


1.
1.1.
-

TỔNG QUAN
Nguồn gốc, hiện trạng bùn thải

Nguồn gốc: bùn thải được phát sinh từ quá trình xử lý nước thải cua các nhà máy, 

khu công nghiệp.
-

Hiện trạng: sự quản lý lượng bùn dư là vân đề cần quan tâm vì sự tăng liên tục cua

bùn và tiêu chuẩn chât lượng môi trường nghiêm ngặt. Phương pháp thải bỏ  bùn
truyền thống  như đốt ra tro, thải bỏ ở bãi chôn lâp hay trong đại dương đang đối mặt
với áp lực và sự phản đối cua các cơ quan môi trường và cộng đồng. Sự ứng dụng bùn
thải như là phân bón có thể là một biện pháp được chọn. Tuy nhiên, sự hiện diện cua
mầm bệnh, kim loại nặng, PAH, PCB và dioxins trong bùn làm hạn chế khả năng tái
sử dụng nó như là phân bón.
1.2.

Một số phương pháp xử lý bùn

Trong những thời gian gần đây, 3 chiến lược giảm lượng bùn: giảm lượng bùn 

trong dòng nước thải, giảm lượng bùn trong dòng bùn (tiền xử lý bằng nhiệt, vật lý, 
hóa học để tăng cường thuy phân bùn trước khi phân huy yếm khí), giảm lượng bùn 
trong dòng thải cuối cùng ( đốt ra tro và nhiệt phân). Quá trình tiền xử lý trong dòng 
bùn có thể phá vỡ các hợp chât polymer ngoại bào (EPS) và mạng lưới cation hóa trị 
II và do đó, làm tăng khả năng phân huy sinh học cua bùn thải đã được hoạt hóa 
(WAS). Ưu điểm chính cua phương pháp tiền xử lý( nhiệt, ultrasonication, acid­ba zơ,
sự phân huy cơ học và sự ô zôn hóa) là bùn không cần bước khử nước trước khi vào 
quá trình xử lý và xử lý bùn thông qua quá trình thuy phân là công nghệ sạch (không 
cần nhà máy làm sạch các khí phức tạp từ quá trình đốt ra tro).
Sử dụng kỹ thuật vi sóng cho xử lý bùn thải bằng nhiệt. Thông qua phân huy bùn 
đề cải thiện sự phân huy yếm khí, ổn định kim loại nặng, khử trùng bùn, thu hồi tài 
nguyên như khí sinh học giàu năng lượng, dầu sinh học và chât dinh dưỡng. Động lực
chính làm tăng ứng dụng cua vi sóng: khả năng đốt nóng nhanh chóng, tăng tỷ lệ phản
ứng, dê kiểm soát và tăng hiệu quả năng lượng và hiệu quả nhiệt cao. Do đó, kỹ thuật 


vi sóng có nhiều tiềm năng như là nguồn sinh nhiệt thay thế cho xử lý dòng thải và xử
lý ô nhiêm môi trường.
1.3.

Nguyên lý hoạt động của vi sóng
Trong dải quang phổ điện từ, bức xạ vi sóng xảy ra ở độ dài bước sóng 1m­1mm 

tương ứng với tần số 300 MHz( 3108 vòng/giây) đến 300GHz(31011 vòng/giây). Vi 
sóng trong công nghiệp thường hoạt động tại tần số 2.45GHz vì nó được thiết kế  cho 
chế biến thực phẩm; nước trong thực phẩm là chât hâp thụ tốt MW tại tần số này. 
Năng lượng MW hâp thụ được chuyển đổi thành nhiệt trong vật liệu, kết quả là làm 
tăng nhiệt độ. Phần lớn lượng nhiệt này làm tăng nhiệt độ cua vật liệu làm cho phần 

bên trong trở nên nóng hơn bề mặt( vì bề mặt bị mât nhiệt do môi trường xung quanh 
mát hơn). Điều này ngược với cách gia nhiệt truyền thống  là nguồn nhiệt từ bên 
ngoài cung câp cho bề mặt bên ngoài vật liệu rồi từ đó khuếch tán vào bên trong. Việc
làm nóng bằng sóng siêu âm không cần làm nóng quá mức bề mặt và làm giảm sự phá
huy bề mặt trong quá trình làm khô vật liệu ướt. 
Cơ chế cua bức xạ vi sóng bao gồm hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng không nhiệt. Với 
vi sóng, “hiệu ứng không nhiệt” đề cập đến ảnh hưởng không liên quan đến việc tăng 
nhiệt độ, trong khi hiệu ứng nhiệt đề cập quá trình phát sinh nhiệt là sự hâp thụ năng 
lượng vi sóng cua nước hay các hợp chât hữu cơ. 
2.
2.1.

Ứng dụng của vi sóng trong xử lý bùn thải
Hòa tan bùn thải

Bức xạ vi sóng có thể phá vỡ các bông bùn và tế bào và giải phóng chât hữu cơ 
vào pha hòa tan. Thành phần hữu cơ chính được tìm thây trong bùn là carbohydrates, 
proteins và lipid. Dưới bức xạ MW, sự thuy phân bùn diên ra như sau: Lipid bị thuy 
phân thành các acid palmitic, stearic, oleic; proteins bị huy phân  thành chuỗi acid no 
và không no, NH3, CO2; carbohydrates bị thuy phân thành polysaccharides có khối 
lượng phân tử nhỏ hơn và thậm chí có thể thành đường đơn. Tiền xử lý bằng sóng 
siêu âm tại 960 C làm tăng 71% nồng độ protein hòa tan. Tuy nhiên, việc giải phóng  


phần hữu cơ hòa tan vào pha nổi trên mặt phụ thuộc vào mức độ tan rã tại nhiệt độ 
MW khác nhau, sự tăng nồng độ đáng kể từ 0.07 lên 0.85g/L lipid, 0.15 lên 0.9g/L 
protein và 0.07 lên 0.9g/L carbohydrates.
Sự tăng nồng độ nhu cầu oxi hóa học hòa tan (SCOD) cũng cho thây sự phân huy 
đáng kể câu trúc  bông bùn WAS và giải phóng  polimer sinh học nội bào và ngoại 
bào ( protein và đường) từ các bông bùn đã được hoạt hóa vào pha hòa tan. Hàm 

lượng nước cao thì không thích hợp cho sự hòa tan chât rắn, trong khi hàm lượng 
nước thâp năng lượng đầu vào ít sẽ dẫn tới hòa tan bùn lớn hơn. Nhiều năng lượng bị 
tiêu thụ trong việc tăng nhiệt độ bùn có hàm lượng nước cao, điều này làm giảm hiệu 
quả năng lượng trong việc hòa tan bùn. Phương pháp vi sóng đã thành công trong việc
phân huy hiệu quả bông bùn do đó làm tăng tỷ lệ phân huy sinh học hàm lượng chât 
rắn trong toàn bộ pha lỏng cua bùn thải. Tuy nhiên, mức độ hòa tan bùn sẽ bị ảnh 
hưởng bởi: hàm lượng nước, nồng độ chât rắn, loại bùn ( sơ câp, thứ câp, hỗn hợp), 
nhiệt độ xử lý, cường độ năng lượng và thời gian phản ứng.
2.2.

Sự tăng cường phân hủy yếm khí
Phân huy yếm khí là phương pháp tiện lợi và kinh tế để xử lý cả bùn sinh hoạt và 

công nghiệp. Tuy nhiên, sự áp dụng cua nó bị giới hạn bởi thời gian lưu dài (20­50 
ngày) và hiệu quả phân huy thâp (20%­50%); dẫn đến sự thuy phân thâp cua WAS. 
Bức xạ vi sóng là bước tiền thuy phân hiệu quả để phân huy chât rắn sinh học và để 
tăng cường sự phân huy yếm khí bùn. COD được loại bỏ và CH4 tăng lên là 64% và 
79% từ sự phân huy mesophilic. Do đó, sự phân huy yếm khí cua bùn đã được tiền xử
lý bằng MW giảm được thời gian lưu bùn từ 15 ngày xuống 8 ngày. Bùn phân huy 
bằng MW cho thây sản phẩm khí sinh học cao hơn 16.4% và 6.3% so với sự phân huy
bùn có kiểm soát và phương pháp nhiệt truyền thống. 
Mặt khác, phân huy yếm khí bùn được xử lý bằng MW (tiền xử lý ở nhiệt độ cao 
hơn) đạt được hiệu quả phân huy cao hơn và sản phẩm khí sinh học tốt hơn so với tiền
xử lý ở nhiệt độ thâp hơn(<100 độ C). 


2.3.     Khả năng khử nước của bùn
Khử nước trong bùn là bước cơ bản trong xử lý bùn vì nó giảm được thể tích bùn 
và chi phí vận chuyển khi thải bỏ. Bùn được xử lý bằng MW được cải thiện đáng kể 
17.6% so với phân huy bùn kiểm soát và 13.8% so với phương pháp nhiệt truyền 

thống. Tiền xử lý bùn tăng cường vi sóng và phân huy yếm khí tiếp theo cho thây sự 
cải thiện tính khử nước trong bùn và vận tốc lắng cao hơn phương pháp nhiệt truyền 
thống. Hơn nữa, thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần thiết để đạt được khả năng khử nước 
trong bùn cao hơn. Bông bùn bị phá vỡ thành các mảnh nhỏ hơn với thời gian tiếp xúc
ngắn, và các mảnh nhỏ có thể tạo bông trở lại thành các các hạt lớn hơn với các chât 
tạo bông, vì vậy làm tăng khả năng khử nước cua bùn.
2.4.

Loại bỏ các mầm bệnh
Kỹ thuật vi sóng(MW) có hiệu quả trong việc phá huy các mầm bệnh trong bùn 

thải và chât rắn sinh học. Trong khoảng nhiệt độ từ 570 C đến 680 C, vi sóng làm giảm
hoạt động cua vi khuẩn. Tuy nhiên ở nhiệt độ trên 680 C, hiệu ứng nhiệt cua MW phá 
vỡ liên kết hydro làm chết tế bào vi khuẩn. Hơn nữa, màng tế bào là màng lipid kép 
có tính thâm chọn lọc, và lipid hâp thụ MW; do đó sóng siêu âm có thể gây tổn 
thương đáng kể đến màng tế bào, do đó giải phóng các vật liệu trong tế bào và làm 
chết tế bào. Một số nghiên cứu cho thây MW có thể ảnh hưởng  đến câu trúc nhiêm 
sắc thể, chức năng và khả năng chịu đựng cua tế bào với chât gây đột biến tiêu chuẩn 
và sửa chữa tổn thương.
Kỹ thuật vi sóng có thể phá huy đáng kể mầm bệnh tại nhiệt độ xử lý 70­1000 C 
và nó có thể tạo ra bùn an toàn cho môi trường. Vi sóng tân công màng tế bào một 
cách nhanh chóng và làm giảm hoạt động cua vi khuẩn. Sau khi tích lũy năng lượng, 
sự phá huy tế bào và ức chế hoạt động vi khuẩn diên ra nhanh chóng trên 570 C. Do 
đó, Vì vậy, ngoài việc sử dụng để tiệt trùng và khử trùng trong công nghiệp thực 
phẩm, kỹ thuật MW­chiếu xạ có thể được áp dụng tiệt trùng cho bùn. Tuy nhiên, hiệu 


quả cua các điều kiện xử lý MW khác nhau trong việc loại bỏ coliform được nghiên 
cứu rộng rãi.
2.5.

Kết hợp để tiền xử lý bùn thải

2.5.1. MW­ kiềm/ acid
Việc kết hợp tiền xử ly nhiệt­hoa đạt kết quả cao trong qua trinh hoa tan VSS hơn
hăn so với xử ly đơn le bằng phương phap nhiệt hoặc phương phap hoa học trong xử 
ly bun. Tuy nhiên, những phương phap xử ly bằng nhiệt hoặc hoa học truyền thống 
thường tiêu tốn thời gian nhiều. Do đo, xử y bằng cach kết hợp MW­hoa la một 
phương phap thay thế hữu hiệu để xử ly bun thải..
Bang 5. Hiêu qua cua viêc kêt hơp MW­kiêm đôi vơi xư ly bun thai
Điều kiện xử ly
 2g/L NaOH ở 850C
 120­1700C   va   0,2g   NaOH   rắn­
phản ứng trong 5 phut
 1600C với NaOH (pH=12)

Kết quả
 Lượng COD hoa tan tăng từ 2%
lên đến 21.7%
 50­70%   VSS   hoa   tan   va   80%
COD hoa tan
 Lượng  COD   hoa   tan  tăng  đang
kể t ừ 0,5% lên đ ến 34%, 43,5%;
hiệu quả sinh khi biogas tăng.
 85,1% VSS hoa tan; metan sinh

 2100C­0,2g   NaOH/g   SS­   phản
ứng trong 35 phut
 MW­kiềm   (600w­   2   phut   va
1,5g/L NaOH, pH=12, phản  ứng

trong 10 phut)
 MW­kiềm (900W­950C; pH=12)

ra cao hơn  14%
 Lượng  COD   hoa   tan  tăng  đang
kể từ 0,33% lên đến 45%
 Lượng   COD   hoa   tan   tăng   từ
0,5% lên đến 52,5%

Những kết quả trên đây cho th ây rằng việc kết hợp MW va co thể nâng cao khả
năng hoa tan bun thải va qua trinh phân giải kị khi h ơn hăn việc xử ly đ ơn le b ằng


MW va kiềm. Xử ly đơn le bằng MW la qua trinh xử ly chuyên sâu để giup bun hoa
tan tốt hơn; tuy nhiên, việc kết hợp thêm kiềm với MW sẽ gi ảm năng lượng tiêu thụ
khi sử dụng phương phap MW va tiết kiệm chi phí.
2.5.2. MW­ oxi hóa bậc cao (MW/ H2O2­ AOP)
Qua trinh OXH bậc cao la phương phap sạch va hiệu quả được xem như một 
trong những công nghệ xanh để xử ly bun thải. AOP la qua trinh xử ly dựa trên việc 
tạo ra cac gốc tự do, đặc biệt la OH•, những gốc nay co khả năng OXH rât mạnh với 
thế OXH la 2,33V. Điều nay giup tăng tốc qua trinh phản ứng; tuy nhiên, chi phi hoạt 
động rât cao.
Bang 6. Hiêu qua cua phương phap kêt hơp MW­AOP đê hoa tan bun thai
Điều kiện xử ly
 MW ( 200C/phut) trong 5 phut va

Kết quả
 Hơn   96%   TCOD   được   hoa   tan

H2O2 71mL/L

 800C   trong   5   phut,   1mL   H2O2

vao dung dịch
 Tăng 25% SCOD

(30%)/1% TS­2,9% TS
 MW/H2O2  (1%)­AOP;   80%

 Tăng 18% COD hoa tan

trong 3 phut
 1200C­10  phut,   1g   H2O2(30%)/g
TS­6,4%
0

 80 C­3   phut   với   H2O2  2%   TS­
0,5%
 70oC­ H2O2 0,1%

 COD   hoa   tan   tăng   từ  3%   đ ến
24%,SCOD   bằng   87%   COD
tổng
 Lượng   SCOD   lớn   nhât   xâp   xi
1000mg/L
 (TCOD đạt 25% trong bun ban
đầu)

2.6.

Thu hồi tài nguyên

2.6.1. Chất dinh dưỡng


Bun thải chứa một lượng lớn cac chât dinh dưỡng, Phospho (0,5­0,7% TS) va nito
(2,4%­5,0%); những chât dinh dưỡng nay tồn tại chinh trong cac dạng protein. Sự cắt 
mạch va hoa tan sinh khối cua bun thải va chuyển chung thanh amoni va phosphate ca
thể được sử dụng để sản xuât phân bon như Magie amoni phosphate (struvite), co thể 
bon trực tiếp vao đât. Do đo, quản ly nguồn dinh dưỡng từ bun bền vững để co thể thu
hồi hiệu quả nguồn dinh dưỡng nay nhằm mục đich sản xuât ra những sản phẩm co 
gia trị.
Bang 7. Hiêu qua cua phương phap xư ly MW trong viêc thu hôi dinh dương
Điều kiện thi nghiệm
 1000 W, 5 phut, 100oC
 170oC trong 5 phut với H2O2 50mL/L

Kết quả
 76%   tổng   lượng   phosphate   (TP)
được hoa tan vao dung dịch
 Hơn   84%   lượng   phophorus   hoa
tan vao dung dịch
 61% phosphorus hoa tan va 47%

 5 phut  ở 100 oC+H2O2 3 wt% 5 phut ở
o

120 C 3wt%
 MW(1200C)/H2O2(35mL/L)/H2SO4
(17mL/L)
 200OC va 2mL H2O2

 200oC va, 2mL H2O2 va 0,5mL H2SO4
 120oC trong 5 phut va 2wt% H2O2
 900 W trong 1 phut
 70oC va 0,1 wt% H2O2

amonia hoa tan 
 52,6% TKN hoa tan
 95,5% TP hoa tan
 95,5% TP hoa tan
 76%orthophosphate/TP   va   19%
NH3/N hoa tan
 Tăng 45% nồng độ NH4­N
 10%   phosphorus   hoa   tan   dưới
dạng ortho­phophorus

2.6.2. Kim loại nặng
2.6.2.1.

Thu hồi kim loại

Hầu hết ion kim loại trong bun đều co thể được thu hồi bằng chiết tach với acid. 
Hơn nữa, năng lượng MW co thể được sử dụng trong hệ thống thu hồi kim loại, như 


đốt, sây, ri, phơi khô, nung chảy va quản ly chât thải. Chiết tach nhanh dung môi va 
hoa tan nhanh nhiều dạng chât rắn la những ứng dụng phổ biến cua MW. Bảng 8 tom 
tắt những kết quả thu được từ những nghiên cứu khảo sat MW trong việc thu hồi KLN

Bang 8. Hiêu qua cua MW trong viêc thu hôi KLN
Điều kiện xử ly

 90 W, 30 giây, bun cống thải
 10   phut,   800   W   sử  d ụng   acid

Kết quả
 Lượng   Ni   thu   hồi   98,8%,   Zn
100,2%, Cu 93,3%, Pb 442,5%
 85%   Cu   rỏ  r i  qua   bun   th ải   Công
nghiệp

sulfuric, bun công nghiệp
 70oC, 90 phut, TWAS

 63% As; 61% Mb; 37% Ni; 27% Cu
 900 W , 60 giây, bun cống thải
 800 W trong 20 phut­H2SO4

hoa tan vao dung dịch
 Hiệu quả thu h ồi KLN tăng từ 95,3
lên 104%
 90% Cu được chiết tach từ b ùn thô
(<95nm) va bun mịn (<150nm)

2.6.2.2.

Cố định kim loại nặng

Sau khi bun thải trải qua qua trinh chiết tach để giữ lại cac KLN, thi nồng độ cac 
KLN trong đo vẫn con cao va vẫn cần được xử ly bằng ki thuật cố định.Xi măng hoa 
la phương phap cố định KLN trong xi măng. Tuy nhiên, xi măng hoa la tăng đang kế 
thể tich bun thải va no lam giảm tuổi thọ cua khu vực bãi chôn lâp. Công nghệ MW 

cho thây tiềm năng cua việc cố định KLN trong bun thải. 
Bang 9. Hiêu qua MW dung cô đinh KLN
Điều kiện xử ly
 0,8g­Fe/40g   bun;   600   W   trong   3
phut

Kết quả 
 Lượng Cu rỏ ri giảm từ 179,4 xuống
con 6,5 mg/L


 Nồng   độ  Cu   gi ảm   từ  90mg/L   con
 1,73 g Na2S; xử ly MW cho N (600
W­12 phut)
 0,39g bột Al; 800 w­ 10 phut
 800   W   ­phut;   bột   sắt   bị  t ừ  tr ường
hoa
 800 W  ­ 30 phut MW/carbon  hoạt
tinh/   Na2HPO4  trong   hỗn   hợp

0,68mg/L
 Nồng độ Cu giảm từ 100mg/L con <
5mg/L
 Nồng độ Cu gi ảm từ 2082mg/L con
15mg/L
 Ti lệ Cu được cố định lên đến 94%

bun/carbon hoạt tinh/lỏng 05/0,5/1
 Chitosan 4,0g/40g bun rắn; 800 W­
12 phut

 Nồng độ Cu gi ảm từ 90,2mg/L con
2,52mg/L. Cố đ ịnh hoan toan Cr va

 1,73g/40g   Na2S   rắn,   kết   hợp   MW
(600W­ 9 phut va 5L/phut trong 15
phut)
 1   g   Bari   manganate   trộn   vao   bun
công nghiệp, song siêu âm 600 W va
800 W
 Alpha­ nhôm nồng độ 0,5g/40g bun
tại 600 W, 9 phut
 Gamma­nhôm   nồng   độ  0,5g/40g
bun tại 600 W, 9 phut

Cd
 Nồng   độ  Cu   gi ảm   từ  90mg/L   con
5mg/L
 Cố định hoan toan Cd, Ni va Cu
 Nồng độ Cu gi ảm từ 132mg/L con
25mg/L
 Nồng độ Cu gi ảm từ 132mg/L con
0,7mg/L

2.6.3.

Thu hồi nhiên liệu sinh học

Hydrogen la một năng lượng thay thế đầy hứa hen cho nguồn nhiên liệu hoa 
thạch. Đây la nguồn nhiên liệu thân thiện do no sẽ phản ứng với oxygen tạo thanh 

nước khi đốt. Hydrogen co năng lượng lớn (122kJ/g) hơn 2,75 lần năng lượng 


hydrocabon. Hydrogen co thể được sản xuât từ con đường hoa học hoặc sinh học. 
Theo con đường sinh học, hydrogen được sản xuât từ qua trinh quang tổng hợp va lên 
men, con đường nay thân thiện với môi trường va ít tiêu tốn năng lượng hơn con 
đường hoa học.Tiền xử ly bằng song siêu âm được áp dụng nhằm mục đich hoa tan 
cac thanh phần hữu cơ trong bun va cải thiện hiệu quả phân giải kị khi.
Bang 10. Hiêu qua cua MW trong viêc thu hôi bio­gas
Điều kiện xử ly
 1000 W trong 10 phut, 10400C, hâp

Kết quả
 Lượng   hydrogen   sinh   ra   cao   hơn

thụ MW bằng graphite hoặc than
 560   W­2   phut,   sử  d ụng   chung

(38%), khi tổng hợp (66%)
 Tăng đang kể l ượng hydrogen sinh

Pseudomonas sp. Trong qua trinh kị

ra   đến   11,04   mL/g   TCOD   (18,28

khi
 850 W­3 phut

mL H2/g DS) trong khoảng  10h
 Lượng   hydrogen   sinh   ra   cao   hơn

(12,77 mL H2/g TCOD) so với bun
thô (0,18 mL/gTCOD).

3.

Đánh giá và kết luận

3.1.

Đánh giá

3.1.1.

Ưu nhược điểm của công nghệ MW

-

Ưu điêm: 

o

Giải phap thay thế hi ệu quả cho công nghệ nhiệt hiện tại (lam nong nhanh

va co chọn lọc)
o

Hiệu quả cao va không cần phải co sự tiếp xuc giữa nguồn nhiệt va vật liệu

bị gia nhiệt
o

Công nghệ MW co th ể đạt tới nhiệt độ mong muốn trong một khoảng thời

gian ngắn
o

Tiền xử ly bằng song siêu âm co nhiều ưu điểm về hiệu quả nhiệt


o

Cải thiện về ch ât lượng sản phẩm: không giống như  phương phap truyền

thống, MW tranh được sự thay đ ổi về m ặt bản chât va bề m ặt cua vật liệu so với
phương phap truyền thống.
o

Nhiệt thâm nhập vao vật liệu nhanh hơn

o

Gia nhiệt co chọn lọc

o

Tăng tinh linh hoạt

o

Tiết kiệm không gian

o

Môi trường lam việc an toan va trong lanh cho công nhân

o

Thân thiện với môi trường

o

Xử ly được cac mầm bệnh

-

Nhươc điêm:

o

Thiếu dữ liệu cơ bản cho vật liệu cua cặp điện cực

o

Sự  phat  tri ển  va   mở r ộng  con gặp nhiều  kho khăn  trong  quy mô   công

nghiệp
o

Ưng dụng cua MW trong công nghiệp đốt chưa được phat triển do thiếu về

mặt kiến thức, hiểu biết.
3.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến tiến trình xử lý bùn bằng MW
Tiến trình

Nhân   tố   ảnh

hưởng
Bùn   hòa
Hàm   lượng   tổng

Mô tả
Lượng SCOD cao sẽ  chứa mẫu có hàm lượng

tan (về  COD và chât  rắn,  năng  lượng tổng chât rắn, năng lượng sóng siêu âm và nhiệt độ
chât   rắn   bay sóng siêu âm và xử lý cao. năng lượng sóng siêu âm cao với nhiệt độ  cao
hơi)

nhiệt

có thể  không chi  phá vỡ  các floc và các vật liệu
ngoại bào mà còn tiêu diệt các tế bào và giải phóng

gian bào từ tế bào này vào trong pha nước.
Thời   gian   tiếp
Khả năng tách nước cua bùn phụ thuộc vào thời

Bùn   được
tách nước

xúc

gian tiếp xúc với sóng siêu âm. Thời gian tiếp xúc


ngắn (30 – 90s) bùn được tách nước tăng nhe, trong
khi nếu thời gian dài thì tách nước mạnh. Tăng thời
gian tiếp xúc không chi  thu hồi nhiều năng lượng
Thu   hồi
chât

 

mà còn làm xâu đi các điều kiện ảnh hưởng.
Năng lượng sóng
Nhiệt độ hoạt động cao, thời gian phản ứng dài,

dinh siêu âm, nhiệt độ hoạt nồng độ  tổng chât rắn cao  ảnh hưởng có lợi đến

dưỡng

động,   giai   đoạn   làm mức độ  photpho và amoniac hòa tan từ  bùn thải.
nóng,   nồng   độ   tổng Ảnh hưởng cua sự hòa trộn được quan sát rõ hơn ở
chât rắn, sự hòa trộn

Tiêu   thụ

Hàm lượng nước

năng lượng

các chât dinh dưỡng được hòa tan cao hơn so với
việc không pha trộn.
Hàm lượng nước bùn  ảnh hưởng đến hiệu quả
thu hồi năng lượng do đó hàm lượng nước thâp là
cần thiết để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
tuy nhiên, tiêu thụ  năng lượng tăng khi tăng nhiệt
độ  cua WAS với hàm lượng nước cao bởi vì nước
có   nhiệt   dung   cao  và   có   thể   hâp  thụ   nhiều  năng

Nhiệt   độ
bùn

lượng khi nhiệt độ tăng nhe.
Năng lượng sóng
Năng lượng sóng siêu âm lớn và thời gian tiếp
siêu âm và thời gian xúc ngắn thì cần thiết cho nhiệt độ  bùn để  đạt đến
tiếp xúc

3.1.3.

điểm sôi

Đánh giá khả năng ứng dụng MW tại Việt Nam

Việc ứng dụng MW trong xử lý bùn thải tại Việt Nam sẽ đem lại nhiều lợi ích về 
kinh tế và môi trường và sức khỏe con người: giảm chi phí năng lượng điện, vận 
chuyển, sinh lời từ các sản phẩm phụ, giảm sử dụng năng lượng hóa thạch cho công 
nghệ thiêu đốt, hạn chế phát sinh ô nhiêm khí và hạn chế phát sinh mùi, phát triển 
mầm bệnh. 
3.2.

Kết luận


3.2.1.
-

Cốt lõi của việc chiếu xạ sóng siêu âm để xử lý bùn
Lơi ích hơn sưởi thông thường

Sưởi bằng vi sóng hiệu quả hơn sưởi thông thường, chiếu xạ MW làm giảm thời 
gian phản ứng so với sưởi nhiệt thông thường yêu cầu nhiều thời gian hơn để làm 
nóng mẫu. Chiếu xạ MW có thể tập trung làm nóng bên trong vật liệu một cách trực 
tiếp mà giảm thiểu tới mức nhỏ nhât sự tổn thât nhiệt thông qua sự đối lưu và dẫn 
nhiệt. Ngược lại, vật liệu được làm nóng bằng nhiệt thông thường thì nó sẽ được làm 
nóng từ bên ngoài vào trong, do đó xảy ra hiện tượng mât nhiệt.
-

Tăng cường hòa tan bùn và phân huy yêm khí
Chiếu xạ MW có hiệu quả để cải thiện khả năng phân huy sinh học bùn bởi sự 

phá huy câu trúc bùn hoạt tính và màng tế bào và bằng cách giải phóng ngoại bào và 
các hợp chât trong tế bào (protein, đường, acid nucleic) với sự hòa tan cua các hạt. 
Kết quả là tăng cường sản phẩm khí sinh học và loại bỏ VS.  Do đó, chiếu xạ MW 
giúp thu hồi một lượng lớn khí sinh học và là 1 kỹ thuật quan trọng để làm giảm SRT 
cua hệ thống.
-

Nâng cao kha năng tách nươc cua bùn
Chiếu xạ MW rât hữu ích trong việc nâng cao khả năng tách nước cua bùn, tiền 

xử lý MW cua WAS có thể giải phóng nước mà ban đầu liên kết với các hạt và nâng 
cao khả năng tách nước bằng cách thay thế câu trúc cua EPSs, với sự rò ri cua polime 
sinh học, protein, polysaccharide được sử dụng trong phân huy yếm khí. Tuy nhiên, 
thời gian tiếp xúc ngắn nâng cao khả năng tách nước trong bùn và thời gian tiếp xúc 
lâu ảnh hưởng xâu đến khả năng tách nước cua bùn. 
-

Làm bất hoạt đáng kê các tác nhân gây bênh
Chiếu xạ MW làm bât hoạt coliform ở nhiệt độ thâp và thời gian tiếp xúc ngắn 

hơn so với sưởi âm thông thường. Nó có thể tạo ra bùn an toàn đối với môi trường 
đáp ứng yêu cầu về chât rắn sinh học. 
-

San xuất nhiên liêu sinh học thân thiên vơi môi trường


Nhiệt phân bùn (tại thời gian tiếp xúc ngắn và lượng nhiệt cao) tạo ra dầu (nhiên 
liệu sinh học) với chât béo cao và có các đặc tính oxi hóa và không chứa các hợp chât 
có hại cho môi trường (chât gây ung thư và chât gây đột biến) như là PAH, do đó, 
những dầu này có độ độc thâp. Các khí tổng hợp có năng suât tỏa nhiệt cao như CO, 
H2 được tạo ra nhiều từ việc nhiệt phân bùn thải. Đây là nguồn năng lượng sạch và có 
thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng, có thể hỗ trợ trong việc giảm thiểu ô 
nhiêm môi trường.
-

Ổn đinh và thu hôi KLN hiêu qua
Chiếu xạ MW là pp nhanh chóng hiệu quả so với các pp thông thường để thu hồi 

các KLN từ bùn. Chât rắn được tạo ra từ quá trình xử lý bằng MW có khả năng chống
lại sự rửa trôi, nghĩa là ít xốp và chống lại sự ngâm chiết cua chât hữu cơ và KLN. 
Quá trình làm nóng bằng MW với một vài chât phụ gia có hiệu quả trong việc ổn định
KLN trong bùn thải. Quá trình MW tiết kiệm thời gian hơn so với các quy trình 
truyền thống. 
-

Thu hôi chất dinh dương hiêu qua
Dù là riêng le hay kết hợp với các pp khác thì chiếu xạ MW cũng giải phóng chât 

dinh dưỡng (như là photpho và nito) trong một khoảng thời gian ngắn mà ko cần thêm
bât kì chât hóa học nào. Đây là bước quan trọng trong việc thu hồi chât dinh dưỡng 
thông qua sự kết tinh thành các hạt. Chiếu xạ MW đã chứng minh là thu hồi được 
lượng chât dinh dưỡng cao hơn các pp truyền thống. Sự thu hồi các sản phẩm có ích 
từ nước bùn thải duy trì nguồn cung câp photpho bằng cách giảm nhu cầu đối với 
photphat và tăng lượng photpho tái chế. 
-

Xư lý kêt hơp hiêu qua
Sử dụng chiếu xa MW kết hợp với pp hóa học khác trợ nâng cao hiệu quả cua 

toàn bộ quá trình nâng cao COD và sự hòa tan cua các chât rắn, nâng cao sự phân huy
các chât hữu cơ và sản xuât khí sinh học. MW được sử dụng để thu hồi những sản 


phẩm có giá trị từ bùn, như là orthophotphat, ammonia, nhiên liệu sinh học. Do đó, 
tiền xử lý lai có thể có hiệu quả và kinh tế hơn so với các pp tiền xử lý MW cá nhân.
-

Khía cạnh kinh tê và tiêm năng hoàn vôn

Tính khả thi về kinh tế là một biến thể cua chi phí năng lượng, luật môi trường và

chi phí nhân công cân bằng với chi phí vật liệu thành phẩm hoặc các bộ phận, cải 
thiện sản lượng và năng suât và thị trường sản phẩm.
So sánh hiệu quả năng lượng cua chiếu xạ MW và kỹ thuật sóng siêu âm về vân đề 
tiền xử lý bùn và kết luận là năng lượng chiếu xạ MW sử dụng cho 1 đơn vị khối 
lượng bùn là thâp hơn năng lượng sử dụng cho sonication để đạt được tại cùng 1 mức 
độ hòa tan, nó là lựa chọn tốt nhât để tăng sự tạo khí mê tan. Chiếu xại MW thì nhanh 
và có hiệu quả hơn. Tiền xử lý bằng MW để thuy phân hệ thống có thể tăng tốc độ ổn 
định và làm giảm SRT từ 20 ngày đến 10 hay thậm chí là 5 ngày. Bằng cách giảm 
SRT, bùn có thể được ổn định hơn, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí sưởi âm, chi 
phí xây dựng và yêu cầu về diện tích xây dựng. sử dụng chiếu xạ MW để tách nước 
cho bùn thì tạo ra thể tích bùn nhỏ để tiện cho xử lý, làm giảm chi phí vận chuyển và 
xử lý và thể tích chiếm chỗ. Các yếu tố như công suât nhà máy, đặc tính bùn, yêu cầu 
năng lượng, chi phí xử lý, yêu cầu pháp lý là những yếu tố chính sẽ ảnh hưởng đến 
việc phân tích chi phí kinh tế. Tuy nhiên, để kết hợp chiếu xạ MW vào hệ thống một 
cách khả thi thì bắt buộc phải sử dụng lượng nhiệt dư thừa được tạo ra sau quá trình 
làm nóng bằng sóng siêu âm. 
Phần tiêu thụ để tiền xử lý là chi phí để mua và vận hành thiết bị. Nói cách khác, 
tiết kiệm các thành phần bổ sung cho quá trình tiền xử lý như chi phí làm giảm thể 
tích phân huy vì nâng cao hiệu quả xử lý và tạo ra nhiều năng lượng khí sinh học. 
Việc thực hiện một hệ thống thu hồi nhiệt có thể làm giảm vốn và các chi phí điện 
liên quan tới việc làm nóng bằng nhiệt 
-

Sinh lơi từ các san phẩm phụ


Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cao nhưng có thể bù lại bằng lợi ích kinh tế khi 
bán các sản phẩm. Sự nhiệt phân chât thải hydrocacbon dựa trên sản xuât khí gas, dầu 

và than có thể được xử lý tiếp và bán đi. Thị trường có sẵn các sản phẩm này. Ngoài 
ra, những sản phẩm phụ có thể được sử dụng lại trong quá trình MW và cung câp 
năng lượng và tiết kiệm chi phí. Ví dụ, khí gas và dầu có thể được sử dụng như nhiên 
liệu thứ câp, do đó làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch, than có thể được trộn 
vào thức ăn chăn nuôi và được sử dụng như là chât hâp phụ MW. Không có không khí
trong quá trình nhiệt phân là để ngăn sự hình thành SOx và NOx trong khói lò, làm 
giảm sự cần thiết trong việc kiểm soát chât ô nhiêm. Trên thực tế, công nghệ MW 
được áp dụng để kiểm soát phát thải.
Lợi ích kinh tế cua xử lý lò vi sóng rât khó xác định môt cách tổng quát. Ngoài 
các yếu tố trên thì có thể dựa vào các yếu tố tiết kiệm từ quá trình MW, cải thiện năng
suât và chât liệu cũng như tiết kiệm thời gian, không gian, thiết bị để lụa chọn các kỹ 
thuật MW. 
Tuy nhiên, trong giai đoạn này hầu hết các nghiên cứu chi được thực hiện trong 
phạm vi phòng thí nghiệm chứ không có dữ liệu công nghiệp thực tế.
3.2.2.
-

Hướng nghiên cứu trong tương lai

Đặc tính vật liêu
Mỗi vật liệu có hệ số tổn thât khác nhau khi bị nung nóng bởi MW thường nằm 

trong khoảng 0.01 – 1. Hệ số tổn thât phụ thuộc vào nhiệt độ, tần số và độ ẩm.
-

Độ sâu thâm nhập
Năng lượng MW có thể xâm nhập 50cm đối với nguyên vật liệu có hệ số tổn thât 

thâp và chi vài cm đối với nguyên vật liệu có hệ số tổn thât cao như nước.
-

Tần sô
Hầu hết các ứng dụng sử dụng tần số 2450MHz vì các đơn vị MW thì nhỏ và dê 

dàng làm việc hơn và sự phát triển máy phát điện được nâng cao hơn. Tuy nhiên tần 
số 915MHz thì kinh tế hơn và nó yêu cầu hơn 60kW điện.


-

Năng lương
Tỷ lệ nhiệt cua 1 vật liệu được điều chinh bởi lượng điện năng MW. Năng lượng 

cần cung câp được tính toán dựa vào đặc tính cua vật liệu được làm nóng cho một 
thông lượng riêng và vào nhiệt độ ban đầu và cuối cùng. Nhiệt độ được điều chinh 
bằng cách điều chinh năng lượng.
Nếu không kiểm soát, sự làm nóng không đều sẽ xảy ra dẫn đến sự hình thành các 
điểm nóng. Các khu vực có nhiệt độ cao dẫn đến hoạt động nhiệt đột xuât do đó làm 
giảm hiệu quả xử lý tổng thể và làm giảm sử dụng năng lượng hiệu quả.
4.

Đề xuất – Kiến nghị

Việc áp dụng kỹ thuật chiếu xạ MW lợi thế hơn pp thông thường trong xử lý bùn
thải và trong việc tạo môi trường sạch và tạo giá trị từ các sản phẩm.
 Chiếu xạ MW làm tăng khả  năng phân huy sinh học trong pha lỏng cua bùn, dẫn
đến việc nâng cáo sự giảm VS, tăng cường khả năng tách nước cua bùn và tăng lượng
khí sinh học trong qáu trình phân huy kỵ khí và làm giảm đáng kể SRT.
 Sự  kết hợp cua MW với kiềm, acid và peroxy hóa tạo điều kiện để  giảm tiêu thụ
năng lượng MW và chi phí xử  lý. Hơn nữa việc tạo ra lượng khí sinh học cao có thể

áp dụng cho các pp tiền xử lý kết hợp.
 Chiếu xạ MW tạo ra môi trường bùn an toàn (ko có tác nhân gây bệnh), làm giảm
tiếp xúc với tác nhân gây bệnh và bùn này được sử  dụng trong các nhu cầu sử  dụng
đât.
 MW hứa hen là 1 pp giúp tăng cường chât dinh dưỡng (kali và nito) được thu hồi
từ bùn thải để cung câp nito và photpho và làm giảm gánh nặng cho đá photpho bằng
cách tái chế chât dinh dưỡng
 MW là pp nhanh chóng phục hồi KLN
 Chât rắn được tạo ra trong xử lý MW có nhiều khả năng chống lại sự rửa trôi KLN
hơn nên nó được áp dụng để xử lý môi trường một cách an toàn.


 Nhiệt phân và khí hóa cua nước thải bùn khi được chiếu xạ  MW sẽ  tăng cường
đáng kể  việc sản xuât khí tổng hợp giàu năng lượng (nồng độ  CO2, CH4 thâp và sự
sản xuât than thâp hơn so với các pp thông thường) và dầu sinh học chứa lượng PAH
thâp.
Tuy nhiên, các hướng nghiên cứu và phát triển trong tương lai sau đây là cần thiết:
 Tối  ưu hóa các điều kiện hoạt động để  nâng cao sự  hòa tan bùn, tăng lượng khí
sinh học và giảm thiểu chât rắn sinh học
 Tăng quy mô PTN thành hệ thống quy mô lớn
 Khảo sát các dạng cua các sinh vật hình thành bào tử  và u nang và chung virut
Enteroviruse trong điều kiện xử  lý MW thâp và cao khi tiền xử  lý bùn và sau đó là
phân huy sinh học.
 Đánh giá khả năng tương hợp giữa sự kết hợp MW trong xử lý bùn
 Xác định các tính chât điện môi cua vật liệu
 Tái sử dụng nhiệt thải để đạt được hiệu quả xử lý bùn
 Giảm thiểu chi phí và làm giảm phát thải cacbon