Các nhà máy xử lý nước thải ứng dụng khí sinh học cho năng lượng tái tạo

Hãy tưởng tượng một nhà máy xử lý nước thải không chỉ lọc nước thải mà còn tạo ra năng lượng của chính nó - thậm chí trở thành nhà cung cấp năng lượng địa phương.nhưng tầm nhìn này đang nhanh chóng trở thành hiện thực.

Trên toàn thế giới, các quy trình cơ học và sinh học chiếm ưu thế trong xử lý nước thải đô thị.Món mỡ nhỏ nàyTuy nhiên, có tiềm năng năng lượng và sinh khối to lớn. Để phát huy giá trị của nó, bùn trước tiên phải được xử lý để loại bỏ hơn 95% hàm lượng nước, chất gây ô nhiễm, mầm bệnh và mùi.

Việc xử lý bùn hiệu quả phải đáp ứng một số tiêu chuẩn môi trường và hoạt động quan trọng:

• Hiệu quả chi phí:Cân bằng đầu tư và chi phí hoạt động.
• Tăng năng lượng:Giảm tiêu thụ tối thiểu trong khi tối đa hóa năng lượng tự tạo.
• Giảm khối lượng:Giảm lượng bùn.
• Cải thiện chất lượng:Tăng bùn để tái sử dụng.
• An toàn môi trường:Đảm bảo nước thải được xử lý đáp ứng các tiêu chuẩn thải nghiêm ngặt.

Hai phương pháp chính thống trị xử lý bùn:

• Sự ổn định khí quyển:Sử dụng oxy trong các bể bùn mở nhưng đòi hỏi không gian và năng lượng đáng kể để thông gió.
• Sự ổn định vô khí:Ưu tiên cho các nhà máy vừa và lớn do chi phí thấp hơn, hiệu quả năng lượng cao hơn và lợi ích môi trường.Một số cơ sở kết hợp cả hai phương pháp để có kết quả tối ưu.

Khi nhu cầu năng lượng tăng lên và các quy định về carbon thắt chặt, tiêu hóa vô khí cung cấp những lợi ích hấp dẫn:

• Giảm chất hữu cơ ~ 50%, biến nó thành khí sinh học dễ cháy.
• Sản xuất năng lượng tái tạo trong khi cắt giảm sự phụ thuộc năng lượng bên ngoài.
• Giảm chi phí hoạt động và yêu cầu đất.
• Cải thiện kiểm soát mùi, vệ sinh và tác động khí hậu thông qua CO tốt hơn₂cân bằng.

Việc làm dày bùn bùn trước ổn định làm giảm khối lượng, cải thiện hiệu quả lò phản ứng và tăng sản xuất khí sinh học.và chống ăn mòn trong khi tạo điều kiện tải và bảo trì dễ dàng.

Kiểm soát nhiệt độ và thời gian giữ lại là rất quan trọng. Các hệ thống truyền thống sử dụng bể phân hủy cho ~ 20 ngày lên men, sản xuất khí sinh học (50-70% methane) cho điện.Các hệ thống nhiệt độ cao mới nổi (> 53 °C) giảm thời gian xử lý xuống còn 15 ngày hoặc ít hơnCác yếu tố hoạt động chính bao gồm:

• Trộn bùn thông qua máy khuấy, bơm hoặc phun khí.
• Ngăn ngừa phân tầng bùn.
• Nâng nhiệt lò phản ứng, lý tưởng nhất là sử dụng nhiệt thải.

Sau khi ổn định, bùn có thể được khử nước đến hàm lượng rắn 20-35% (hoặc 95% với quá trình sấy khô) để sử dụng làm phân bón nông nghiệp hoặc nhiên liệu.Các phương pháp xử lý bổ sung như sấy khô nhiệt (> 80 °C) hoặc điều chỉnh vôi (pH ≥ 12) đảm bảo loại bỏ mầm bệnh.

Với ~ 6,5 kWh/m³hiệu quả nhiệt (hơn một nửa giá trị năng lượng của khí tự nhiên), khí sinh học có thể cung cấp năng lượng cho các nhà máy xử lý hoặc lưới cấp thông qua:

• Hệ thống nhiệt và điện kết hợp (35-40% điện, 60% phục hồi nhiệt).
• Sử dụng trực tiếp trong động cơ xăng.
• Sản xuất hơi nước hoặc nước nóng.

Các nhà máy lớn có thể tự cung cấp năng lượng 100%. Sản xuất khí sinh học dựa trên sự phân hủy vi khuẩn: vi khuẩn tạo ra axit phân hủy chất hữu cơ thành các hợp chất đơn giản hơn,mà các methanogens sau đó chuyển thành methane và CO₂.

Trong khi một số nhà máy sử dụng quá ít khí sinh học, các hệ thống tối ưu hóa như máy tiêu hóa hơi nóng của Moscow hoặc công nghệ thủy phân nhiệt của Na Uy chứng minh tiềm năng của nó.

• Nâng cao tiêu hóa:Tăng gấp đôi sản lượng khí sinh học bằng cách tách các giai đoạn thủy phân và methane.
• thủy phân nhiệt:Sử dụng hơi nước áp suất cao để phá vỡ bùn, giảm 50% khối lượng và tăng gấp ba lần sản lượng methane.

Sản xuất khí sinh học mang lại lợi ích có thể đo lường:

• Giảm lượng khí thải methane từ kho chứa rác thải mở.
• cắt giảm CO₂và ô nhiễm nitơ.
• Bảo vệ tài nguyên nước và rừng.
• Giảm sử dụng phân bón tổng hợp.

Mặc dù hứa hẹn, khí sinh học phải đối mặt với những trở ngại:

• Việc đốt cháy không loại bỏ hoàn toàn khí thải nhà kính.
• Sự sẵn có của nguyên liệu thô dựa trên nông thôn hạn chế khả năng mở rộng đô thị.
• Chi phí ban đầu cao cho các hệ thống quy mô nhỏ có thể khuyến khích cây trồng năng lượng có rủi ro về mặt sinh thái.
• Các chất gây ô nhiễm khí sinh học (ví dụ: thủy ngân, hợp chất chì) cần lọc nghiêm ngặt hơn để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng không khí.

Tuy nhiên, khi công nghệ tiến bộ, các hệ thống khí sinh học đang sẵn sàng đóng một vai trò mở rộng trong quản lý chất thải bền vững và sản xuất năng lượng tái tạo trên toàn thế giới.