I. BIOGAS TỪ NƯỚC THẢI
Xử lý kỵ khí (yếm khí) là phương pháp xử lý cô lập nước thải không cho tiếp xúc với oxy (Không có oxy). Theo đó, vi sinh vật kỵ khí phân hủy và lấy oxy trong chất hữu cơ, làm giảm nồng độ của nó trong nước thải.
Trong bể kỵ khí quá trình phân hủy kỵ khí có thể chia thành bốn giai đoạn sau:
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặt tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
Ngược với quá trình hiếu khí, xử lý nước thải bằng phân hủy kỵ khí, tải trọng tối đa không bị hạn chế bởi chất phản ứng như oxy. Nhưng trong công nghệ kỵ khí, cần lưu ý đến hai yếu tố quan trọng:
Khi hai yếu tố trên được đáp ứng, công trình xử lý kỵ khí có thể áp dụng tải trọng rất cao.
So với quá trình hiếu khí thì quá trình kỵ khí: tiêu tốn ít năng lượng, sinh ra ít bùn thải, chi phí xử lý thấp. Ngoài ra, khí sinh ra từ quá trình kỵ khí lại có tiềm năng thu hồi năng lượng ở dạng năng lượng tái tạo.
Một Số Loại Bể Kỵ Khí Điển Hình:
1. Bể lọc ngược qua tầng bùn kỵ khí (UASB)
Bể UASB (Upflow anearobic sludge blanket) là loại bể sinh học kỵ khí dòng chảy ngược qua tầng bùn. Đây là công nghệ xử lý kỵ khí phổ biến nhất ở nước ta.
Cấu tạo của bể UASB gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha.
Nguyên lý hoạt động của bể UASB như sau:
Đặc điểm của bể UASB:
Bể kỵ khí UASB được xây dựng bằng bê tông hoặc vật liệu không thấm nước khác. Hình dạng bể có thể được thiết kế theo hình tròn hoặc hình chữ nhật. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bể UASB:
Ưu điểm bể UASB:
2. Bể kỵ khí có vách ngăn – ABR:
Bể kỵ khí có vách ngăn hay còn gọi là ABR (Anaerobic Baffled Reactor) hoạt động theo nguyên tắc chảy ngược qua nhiều ngăn kỵ khí. Nước thải chảy zích zắc theo chiều dọc, rất ít khi chảy theo chiều ngang. Nó có tác dụng hướng dòng nước thải ở trạng thái chảy ngược từ khi nước thải vào và ra khỏi bể xử lý. Vi sinh trong bể nổi lên hay chìm xuống phụ thuộc vào tốc độ hình thành khí và tốc độ dòng chảy ngược của nước thải. Trong từng ngăn dòng nước thải chảy ngược qua lớp bùn vi sinh.
Đặc điểm của bể -ABR
Đặc trưng khác biệt căn bản của ABR so với UASB là sự phân lập chủng loại vi sinh tham gia vào quá trình yếm khí theo vùng không gian. Trong các ngăn đầu tiên, vi khuẩn axit hóa tồn tại với số lượng đông đảo. Lượng vi khuẩn này giảm dần trong các ngăn tiếp theo, nhường chỗ cho vi khuẩn metan hóa. Việc phân lập chủng loại vi sinh theo vùng không gian tạo được điều kiện thuận lợi cho từng loại vi sinh phát triển. Do đó, hoạt tính của chủng loại vi sinh metan và axit hóa có thể tăng bốn lần.
Ngăn cuối cùng hay ngăn lắng, chất rắn lơ lửng và bùn được tách hoàn toàn ra khỏi nước. Mặc khác, ngăn lắng còn có chức năng là ngăn lưu trữ bùn kỵ khí để tuần hoàn cho ngăn kỵ khí đầu tiên.
Hiệu suất của quá trình xử lý tăng lên nhờ quá trình tuần hoàn liên tục bùn kỵ khí. Bùn luôn tồn tại ở trạng thái lơ lửng nên liên tục được hoạt hóa làm tăng hiệu quả xử lý chất hữu cơ.
Ưu điểm của Bể ABR
3. Bể kỵ khí lớp bùn hạt mở rộng (EGSB)
Bể kỵ khí lớp bùn hạt mở rộng EGSB (Expanded granular sludge beds) là một dạng biến thể của bể UASB. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động gần giống như UASB. Bể EGSB gồm: hệ thống đầu vào và phân phối nước, tầng bùn hạt giản nở, vùng tách 3 pha và hệ thống đầu ra.
Đặc điểm của bể kỵ khí EGSB như sau:
Nước thải đi vào đáy thiết bị và qua lớp bùn hạt kỵ khí. Tại đây xảy ra quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ. Điểm khác biệt để tạo được tầng sôi của lớp bùn liên quan đến vận tốc dòng cần cung cấp với chất lỏng (10 m.h-1) và khí (7 m.h-1). Bùn hạt, khí và nước được tách ra tại bộ tách ba pha rắn – lỏng – khí. Nước thải sau khi đi qua phần lắng tách bùn, các hạt bùn lắng trở lại vùng hoạt động của lớp bùn giãn nở. Khí biogas thoát ra qua các đường thoát khí. Thiết kế đặc biệt của bộ tách ba pha cho phép tải thủy lực cao hơn nhiều so với bồn phản ứng UASB. Sinh khối được giữ lại trong bể phản ứng nhờ cấu trúc mở rộng của bể xử lý ở phía trên.
Bể EGSB chỉ áp dụng với bùn vi sinh yếm khí dạng hạt. Tải lượng VLR và tốc độ nước dâng trong EGSB cao hơn nhiều so với UASB. Nhờ tốc độ nước dâng lớn, lớp bùn hạt trong EGSB luôn ở trạng thái lơ lửng. Mật độ vi sinh lớn kết hợp với khuấy trộn thủy lực mạnh nên tiếp xúc nước thải/vi sinh tốt. Do đó bể EGSB có thể chấp nhận tải lượng VLR cao hơn nhiều so với UASB.
Tùy vào tải lượng COD lượng biogas sinh ra được tính theo công thức sau:
Vbiogas = CODconc. . . .Vupw-liquid
Trong đó
– Eff-meth= lượng COD chuyển hóa thành CH4 hoặc hiệu quả xử lý COD dựa trên CH4 thành phẩm.
Bể EGSB thường có tỷ lệ giữa chiều cao: đường kính lớn (thường là 3-5), chiều cao có thể lên tới 25 m. Do đó bể EGSB có thiết cao và mảnh. Mặt khác, việc lưu giữ bùn sinh khối là nguyên tắc của EGSB, vì vậy hiệu quả tách rắn, lỏng, khí rất quan trọng.
Thực tế ứng dụng cho thấy bể EGSB xử lý được nhiều loại nước thải mà UASB không xử lý được. Ví dụ: nước thải chứa formalđehit có nồng độ tới 10 g/L, nước thải dệt nhuộm chứa chất màu thường độc đối với vi sinh.
Ưu điểm của bể EGSB:
Bể kỵ khí nội tuần hoàn IC (Internal Circulation): hoạt động dựa trên nguyên tắc của hai hệ thống UASB xếp chồng lên nhau. Trong đó hệ UASB thuộc loại cao tải đặt ở phía dưới và hệ UASB có mức chịu tải thấp hơn đặt ở phía trên.
Bể kỵ khí nội tuần hoàn thường có chiều cao 19,7m hoặc 23,7m, có hình trụ với kết cấu thép. Đường kính nằm trong khoảng 2,3–10,5 m. Tỷ lệ giữa chiều cao và đường kính nằm trong khoảng giá trị 2,3-8.
Nguyên lý hoạt động của bể kỵ khí nội tuần hoàn IC
Thành phần cấu tạo cơ bản của Bể IC gồm hệ phân bố nước đầu vào, hệ nội tuần hoàn, vùng phản ứng cao tải và vùng phản ứng tải lượng thấp (làm sạch sâu).
Cấu trúc của bộ phận phân phối dòng vào có dạng hình nón. Dòng tuần hoàn hướng từ trên xuống vào vị trí chóp nón theo phương tiếp tuyến. Chúng tạo thành dòng chảy xoáy khi hòa trộn với dòng vào.
Bên trên hệ phân bố dòng vào là vùng phản ứng cao tải với lớp hạt vi sinh nới rộng. Nước thải được đưa vào đáy của hệ xử lý, tiếp xúc với lớp bùn hạt mật độ cao. Tại đây xảy ra sự phân hủy chất hữu cơ và hình thành biogas. Vùng phản ứng cao tải kéo dài cho tới tận phía dưới của bộ tách khí thứ nhất. Nhờ khả năng tự khuấy trộn mạnh trong vùng phản ứng cao tải làm tăng sự tiếp xúc của vi sinh với cơ chất. Dẫn đến tăng cường hiệu quả hoạt động của vi sinh vật.
Dòng khí chảy ngược lên trên có tác dụng cuốn theo một phần nước và bùn từ vùng cao tải lên bộ tách chất khí – lỏng – rắn. Tại đó khí được tách ra khỏi chất lỏng và bùn. Bùn và nước theo đường đi xuống quay trở lại khoang phản ứng cao tải. Nước thải sau khi thoát khỏi vùng cao tải chỉ còn chứa phần nhỏ lượng chất ô nhiễm, chảy qua hệ thống tách khí số 1. Khoang này đóng vai trò như một hệ xử lý thứ cấp và thực hiện tiếp quá trình chuyển hóa chất hữu cơ.
Bộ phận tách khí 2 tách nốt phần khí còn lại.
Ưu điểm của bể IC
5. Bể kỵ khí Biogas HDPE
Hầm biogas là một công đoạn xử lý nước thải. Hầm được cấu tạo theo hình chữ nhật hoặc hình ống dài với chiều dài khác nhau phù hợp vào điều kiện địa hình địa chất của trang trại, Song cấu tạo cơ bản gồm một khoang để chứa các dịch phân hủy nằm phía dưới mặt đất và một khoang dùng để chứa khí được sinh ra từ việc phân hủy chất hữu cơ.
Chất thải cần xử lí sẽ được đưa vào hầm chứa dịch thông qua đường ống được lắp đặt theo thiết kế để nạp nguyên liệu từ quá trình vệ sinh chuồng trại chăn nuôi. Quá trình vệ sinh chuồng trại sẽ đẩy nguồn nguyên liệu này đi theo đường ống dẫn vào hầm chứa, tại đây chất thải mới được tiếp xúc với các vi sinh vật kỵ khí, với điều kiện lý tưởng chúng sẽ phân giải rất nhanh các chất hữu cơ để tạo ra khí và các phụ phẩm có ích khác, việc này diễn ra liên tục không ngừng nghỉ giúp tăng thể tích, áp suất hồ biogas. Đồng thời Khi chất thải mới được đưa vào sẽ làm tăng thể tích, áp suất, với tác động cơ học của dòng chảy chất thải đã phân hủy xong sẽ được đẩy ra ngoài và quá trình nạp, phân hủy tiếp tục diễn ra… Nguồn nguyên nạp vào sẽ được lưu lại trong khoảng 30 ngày, tùy thuộc vào các điều kiện tự nhiên, thời tiết.
Khoang được dùng để chứa khí sẽ được phủ bạt HDPE với độ dày tối thiểu là 1mm, với hồ biogas có kích thước lớn, thì cần dùng màng 1.5 hoặc dày hơn để đảm bảo cho độ bền cho không gian chứa khí gas được sinh ra trong quá trình phân giải chất thải.
Ưu điểm của bể Biogas HDPE
II. NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, cùng sự nhận thức về các tác động tiêu cực của năng lượng truyền thống với môi trường, không chỉ riêng Việt Nam mà trên toàn thế giới đang chuyển hướng và phát triển mạnh mẽ các nguồn năng lượng xanh, năng lượng tái tạo. Bằng cách tận dụng các nguồn tài nguồn tài nguyên như rừng trồng, rác thải hữu cơ cùng các nguồn sinh khối khác, chúng ta có thể góp phần giảm thiểu ô nhiễm không khí, giảm thiểu biến đổi khí hậu và bảo vệ đa dạng sinh học. Sinh khối không chỉ tạo ra điện năng, nhiệt năng hay các nguồn nhiên liệu thay thế, mà còn giúp cải thiện chất lượng cuộc sống bằng cách tạo ra sự thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực.
Sinh khối (hay Biomass) là loại vật liệu sinh học được hình thành từ các loại thực vật, cây trồng công nghiệp, các phế phẩm nông nghiệp (trấu, rơm rạ, bã mía, mùn cưa,…). Đây là nguồn năng lượng tái tạo được sản xuất từ các vật liệu hữu cơ (thường là thực vật như cây cỏ, cây trồng, rừng,…) rác thải hữu cơ, chất thải sinh học. Năng lượng sinh ra từ sinh khối có thể chuyển đổi thành nhiều dạng khác nhau như nhiên liệu đốt, nhiệt năng, điện sinh khối, nhiên liệu sinh học.
Trên thực tế, sinh khối đã được sử dụng từ rất lâu đời dưới nhiều dạng khác nhau, chủ yếu là làm chất đốt cho các hệ thống lò hơi công nghiệp, thông qua quá trình bị đốt cháy làm nước trong lò sôi, giảm thiểu đáng kể khí thải độc hại ra môi trường.
1. Sinh khối có những loại phổ biến
Sinh khối rắn: là các chất hữu cơ dạng rắn, được nén thành dạng bột viên, điển hình như: gỗ và cặn, vụn gỗ, dư lượng nông nghiệp, cây cối, rác thải đã qua xử lí, chất thải động vật, chất thải rắn từ rác sinh hoạt và nông nghiệp. Nhờ vậy mà nhiên liệu sinh khối có thể giảm thiểu được gánh nặng đến môi trường trong vấn đề rác thải.
Sinh khối khí: hay còn được gọi là khí sinh học, đây là loại khí sản sinh ra từ các nhà máy xử lí rác thải, động vật phân hủy, bùn và phân,… (các loại khí metan, biogases, hydrogen,…) Khí sinh ra được tận thu để chuyển đổi năng lượng.
Sinh khối lỏng: hay còn được gọi là nhiên liệu sinh học, những loại sinh khối lỏng như dầu thực vật, nhiên liệu methanol, ethanol, dầu diesel sinh học,….
2. Ưu điểm của năng lượng sinh khối
Sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo mang đến nhiều lợi ích, tuy nhiên bên cạnh đó vẫn tồn tại một vài hạn chế:
Nguồn năng lượng tái tạo: các nguồn tài nguyên sinh khối như cây trồng, cây cỏ có thể tái sinh một cách nhanh chóng, duy trì nguồn cung cấp liên tục
Giảm thiểu phát thải khí nhà kính: Nguồn năng lượng tạo ra từ sinh khối không làm gia tăng lượng khí nhà kính phát thải ra ngoài môi trường, giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống, tăng thêm sự đa dạng trong phát triển ngành năng lượng.
Giảm thiểu chất thải: khai thác và sử dụng sinh khối giảm thiểu sự tích tụ của các chất thải rắn, các bãi rác.
Thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương: không chỉ phát triển, tạo thêm việc làm trong việc khai thác và sử dụng sinh khối. Việc sinh khối sử dụng thực vật, cây trồng khác nhau giúp người dân có thêm nguồn cầu, hỗ trợ những người dân trong nông nghiệp.
3. Nhược điểm của năng lượng sinh khối
Năng lượng được tạo ra từ sinh khối có hàm lượng năng lượng thấp hơn năng lượng hóa thạch
Khả năng cạnh tranh với ngành lương thực: việc sử dụng đất và tài nguyên thực vật cho sinh khối có thể cạnh tranh với việc trồng cây lương thực, gây ra mâu thuẫn trong việc cung cấp thức ăn và nhiên liệu.
Khả năng ảnh hưởng đến môi trường: Nếu không được quản lý tốt, sinh khối có thể gây ra các tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm cả việc nhiễm độc nguồn nước và môi trường đất.
Chúng ta cần phải đầu tư vào nghiên cứu và phát triển công nghệ tiên tiến hơn, cùng với việc thúc đẩy nhận thức về lợi ích của nguồn năng lượng này. Để có thể chuyển đổi hoàn toàn sang khai thác và sử dụng những nguồn năng lượng tái tạo, chúng ta cần hợp tác, đoàn kết để quá trình chuyển đổi diễn ra nhanh hơn, hướng tới phát triển bền vững cho ngành năng lượng nói riêng và toàn xã hội nói chung.
Sinh khối không chỉ là một nguồn năng lượng mới có triển vọng phát triển mà còn là hướng đi đúng đắn để góp phần bảo vệ hành tinh và cải thiện chất lượng cuộc sống của con người. Sự nhận thức và quan tâm của chúng ta đến nguồn năng lượng này sẽ tạo ra những thay đổi tích cực cho toàn bộ ngành công nghiệp năng lượng, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu, phát triển và áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến để nâng cao chất lượng và công suất sản sinh năng lượng tối ưu, biến sinh khối trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng của tương lai.
The Lotus nhận thấy vài trò của xử lý kỵ khí trong xử lý nước thải là khó thay đổi, Khí biogas được sinh ra cũng như chất thải sinh khối có giá trị về năng lượng to lớn. The Lotus mong muốn đồng hành cùng doanh nghiệp và địa phương để khai thác hiệu quả nguồn năng lượng sinh khối đề cao quy trình quản lý và giải pháp xử lý tuân theo các tiêu chí phát triển bền vững, chuyển đổi xanh, giảm phát thải CO2.