Môi trường - Chương 3: Công nghệ sạch, chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp

CHƯƠNG 3 Công nghệ sạch, chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp TS. Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường và Tài nguyên Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Số phận các chất gây ô nhiễm trong môi trường ™ Chất gây ô nhiễm MT có thể được phân loại: chất vô cơ, hữu cơ, sinh vật, khí. ™ Về nguồn gốc thì có thể phân thành 3 nhóm: 9 Nhóm có nguồn gốc sinh học, có thể bị phân hủy sinh học 9 Nhóm từ công nghiệp hóa dầu 9 Nhóm từ các hóa chất nhân tạo ™ Số phận của các chất gây ô nhiễm môi trường sẽ được chuyển hóa bằng nhiều con đường khác nhau, tùy thuộc vào tính chất và điều kiện môi trường mà nó được thải vào CHẤT Ô NHIỄM Không bay hơi Bay hơi Tan trong nước Không tan trong nước Sự bay hơi Hoạt hóa Hấp thu tại chỗ Các dung môi clo hóa tại bãi chôn lấp Không độc hại, dễ phân hủy Hấp thu trong không khí Biến mất Có Không CóKhông Không CóCFCs, carbon tetrachloride Chất tan trong nước Tích lũy tại chỗ Hoạt hóa hóa học Hấp thu Không hấp thu Phân hủy sinh học Biến mất Nước? Có Khó phân hủy Có Không Biến mất CóKhông Phức hợp Không phân hủy được Phân hủy sinh học Không phân hủy được Tích lũy tại chỗ Di chuyển vào trong đất, nước ngầm Các acid có nhân thơm và clo, thuốc trừ sâu Hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ Thuốc trừ sâu, diệt cỏ Có Có Có Có Không Không Không Chất không tan trong nước Hấp thu bởi tế bào Không được hấp thu Inert Hoạt hóa Phản ứng Biến mấtTích lũy trong chuỗi thức ăn CóKhông Các điều kiện thuận lợi Inert Tích lũy tại chỗ Các điều kiện thuận lợi Có Không DDT: Dichlorodiphenyltrichloroethane; PCBs: Polychlorobiphenyls DDT, PCBs Than bùn Công nghệ sạch ™ Nhiều ý tưởng ứng dụng CNSH để xử lý chất thải ở “cuối đường ống”. ™ Đây không phải là một giải pháp tối ưu vì nhiều công nghệ chỉ chuyển ô nhiễm đến vùng khác. ™ Giải pháp tốt nhất là loại thải hoặc làm giảm “tại nguồn” ™ Giảm ô nhiễm tại nguồn được gọi là “công nghệ sạch” Công nghệ sạch ™ Công nghệ sạch liên quan đến sự thay đổi quy trình sản xuất, thay đổi công nghệ và thay đổi nguyên liệu đầu vào. ™ Thay đổi quy trình sản xuất bao gồm ngăn cản sự thất thoát, phương thức sử dụng vật liệu, tăng cường sự vận hành. ™ Thay đổi công nghệ bao gồm thay đổi quy trình, cài đặt vận hành và tự động hóa. ™ Thay đổi nguyên liệu đầu vào có thể làm giảm hoặc thay thế các chất độc hại bằng chất ít độc hơn, tái chế vật liệu ™ CNSH có thể được áp dụng cho cả 2: thay đổi công nghệ và thay đổi vật liệu. Hiệu quả nguyên liệu Chế biến Sử dụng sản phẩm Hiệu suất năng lượng Hiệu suất năng lượng Thiết kế cho BCL, làm phân bón, đốt Tái chế Giảm thải Tái sử dụng Nguyên liệu thô Nguyên liệu thôChế biến Sử dụng sản phẩm Năng lượng Năng lượng Chất thải rắn đô thị Chất thải công nghiệp THIẾT KẾ TRUYỀN THỐNG THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẠCH Ví dụ về thanh đổi quy trình Cơ chất Phần có carbohydrate cao Phần có lignin cao Hơi & Năng lượng Lignin dư Chế biến nhiệt hóa Chế biến hóa sinh Hydrogen Acetate Ester Ethanol Hydrogen hóa Ứng dụng công nghệ sạch ™ Thay các phương pháp hóa học bởi vi sinh vật hoặc enzyme. ™ Quản lý sâu hại và vụ mùa bằng cách giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ. ™ Kiểm soát sinh học, sử dụng các vật liệu sinh học để kiểm soát sâu bệnh và dịch bệnh, giảm sử dụng nông hóa. ™ Sản xuất chất dẻo có thể phân hủy sinh học được bằng vi sinh vật ™ Khử lưu huỳnh của than và dầu bằng phương pháp sinh học ™ Sản xuất nhiên liệu sinh học Thay đổi quá trình ™ Enzyme được sử dụng trong ngành thuộc da. ™ Enzyme trong ngành dệt để loại tinh bột và tẩy trắng. ™ Enzyme được sử dụng trong ngành chế biến giấy và bột giấy. ™ Cellulase, lipase, protease được sử dụng trong ngành dệt ™ Nhiều enzyme được sử dụng trong ngành công nghệ thực phẩm (amylase) Việc sử dụng enzyme làm giảm năng lượng cung cấp cho quá trình sản xuất Quản lý sâu bệnh ™ Việc sử dụng nông hóa là nguyên nhân gây nên ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. ™ Ứng dụng CNSH có thể giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường bằng cách: ™ Quay vòng mùa vụ để tránh dịch bệnh, kiểm soát cỏ dại và sâu bệnh ™ Sử dụng các giống có khả năng chống chịu cao ™ Phát triển các biosensor để phát hiện sâu bệnh kịp thời ™ Sử dụng chất kiểm soát sinh học Kiểm soát sinh học ™ Là sử dụng vật liệu sinh học để kiểm soát sâu bệnh hơn là sử dụng hóa chất. ™ Sử dụng thiên địch để kiểm soát sâu bệnh ™ Vật liệu sinh học không gây độc và không gây ô nhiễm môi trường ™ Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu sinh học cũng mang đến nguy cơ tiềm năng như các loài ngoại lai hoặc biến thể của vật liệu sinh học Các hợp chất cao phân tử sinh học ™ Chất thải rắn sinh hoạt có 27% là plastic được chế tạo từ hóa dầu và khó phân hủy. ™ Một số vi sinh vật có khả năng sản xuất ra các hợp chất cao phân tử có thuộc tính giông plastic, nhưng dễ bị phân hủy sinh học ™ Sử dụng hợp chất cao phân tử sinh học làm giảm một lượng đáng kể việc khai thác dầu thô và không gây ô nhiễm môi trường Tái Chế ™ Là lựa chọn thứ 2 trong việc làm giảm chất thải, nó liên quan đến tái chế vật liệu trong quá trình sản xuất. ™ Tái chế kim loại và thủy tinh có thể tiết kiệm được 95% năng lượng để tạo mới kim loại và thủy tinh ™ Hầu hết hệ thống phục hồi và tái chế tập trung vào việc sử dụng kim loại, thủy tinh, giấy Làm phân Nước thải sinh hoạt Chất thải rắn (CN&NN) Bùn dư Chất thảilỏng độc Bãi chôn lấp Đốt Tái sử dụng Xử lý hiếu khí/kỵ khí Nước rò rỉ C a ù c p h ư ơ n g p h a ù p x ư û l y ù v a ø l o a ï i t h a û i c h a á t t h a û i r a é n s i n h h o a ï t , b u ø n t h a û i v a ø c h a á t t h a û i l o û n g đ o ä c Chất thải sinh hoạt ™ Là sản phẩm thải ra từ các gia định, cơ quan bao gồm thủy tinh, kim loại và vật liệu hữu cơ. ™ Xu hướng xử lý chất thải sinh hoạt thay đổi theo thời gian ™ Ở Mỹ, năm 1985, 83% chôn ở BCL, 5% đốt và 12% tái chế ™ Năm 1993, 62% chôn ở BCL, 16% đốt, 4% làm phân và 16% tái chế ™ Nhìn chung phần lớn rác thải đều được chôn lấp tại Bãi chôn lấp ™ Rác thải sinh hoạt có thể được làm giảm bằng cách tái chế thủy tinh, kim loại và giấy BÃI CHÔN LẤP ™ Mỗi khi chất thải được sinh ra, có nhiều phương pháp được sử dụng để xử lý và loại thải. ™ Có lẽ phương pháp cổ điển nhất là đem chôn ™ Ban đầu các bãi chôn lấp thường gây nên ô nhiễm nước ngầm do nước rò rỉ từ rác. ™ Vấn đề chính của bãi chôn lấp vẫn là nước rò rỉ ™ Nhiều phương án được lựa chọn là làm sao hạn chế tối đa hoặc không cho nước rò rỉ ngấm xuống đất Chất thải Lớp chống thấm Lớp phủ sau cùng Lớp phủ hàng ngày Chất thải Vị trí công tac Một số thiết kế của bãi chôn lấp Lớp phủ trên cùng Khí Đá Vị trí chôn rác Mặt đất Khí Lớp phủ trên cùng Đá Vị trí chôn rác Mặt đất Ống đục lổ Cách thiết kế bãi chôn lấp hiện đại Phương pháp lấy khí từ bãi chôn lấp. Các ống thu khí có thể cắm vào sau 1 – 2 năm Sự thay đổi các loại khí ở bãi chôn lấp sau một vài năm. Thời gian để có thể thu được khí methane trung bình khoảng 2 năm Thời gian Khí Khối rác Lớp phủ trên cùng Đá Ống đục lổ T h a ø n h p h a à n k h í t h e o p h a à n t r a ê m t h e å t í c h LÀM PHÂN BÓN Mặt cắt của hệ thống sản xuất phân từ rác thải hữu cơ. Hệ thống hoạt động trong điều kiện hiếu khí Vật liệu phủ (lớp phân già) Vật liệu làm phân Lớp đệm Kênh tháo nước Ống đục lổ, cấp khí Lớp bê tông Khí Sự phân bố nhiệt độ trong hệ thống làm phân. Hoạt động của vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ đã tạo nên các vùng nhiệt độ khác nhau. Việc cấp khí giúp cho các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ phát triển Vật liệu phủ không thấm Ống đục lổ, cấp khí Ống đục lổ, cấp khí Vật liệu phủ không thấm LÀM PHÂN BÓN CHẤT THẢI NÔNG NGHIỆP ™ Có thể chia thành chất thải rắn và chất thải lỏng. ™ 5-10% chất thải rắn được sử dụng để làm phân bón ™ Chất thải lỏng phát sinh từ các chuồng trại chăn nuôi, một lượng lớn được pha loãng và chảy tràn bề mặt bởi nước mưa. ™ Chất thải lỏng có hàm lượng BOD cao (10.000 – 25.000 mg/L. ™ Một lượng lớn nitrate và phosphate trong chất thải lỏng cũng bị chảy tràn bề mặt ™ Các hệ thống kỵ khí và tùy nghi được thiết kế và ứng dụng để xử lý chất thải lỏng CHẤT THẢI CÔNG NGHIỆP ™ Phần lớn được thải ra từ các nhà máy bao gồm cả rắn và lỏng, có BOD cao hơn nhiều so với chất thải sinh hoạt ™ Các chất thải hữu cơ phân hủy được xuất phát từ các nhà máy chế biến thực phẩm, sữa, thịt, rau quả. ™ Thông thường chất thải công nghiệp được xử lý trước khi xả ra hệ thống thoát nước thải chung của khu công nghiệp hoặc khu dân cư ™ Vì hàm lượng BOD cao nên xử lý kỵ khí là phương pháp xử lý tối ưu thường được sử dụng ™ Khí methane thu được từ xử lý kỵ khí được sử dụng để đun sôi và phát điện