Sản xuất gạch sinh thái từ bùn thải sinh hoạt

Không chỉ ở các nước phát triển mà ngay cả các nước đang phát triển nhu cầu vật liệu cho xây dựng cũng rất lớn. Tuy nhiên, việc khai thác các nguồn tài nguyên thiên nhiên làm vật liệu xây dựng lại tạo ra hiệu ứng bất lợi gây ảnh hưởng đến môi trường, tiêu hao năng lượng lớn như sản xuất xi măng hoặc đốt gạch. Để khắc phục tình trạng này, tại Đức người ta đã phát minh ra công nghệ FEBUSS SMP để sản xuất gạch sinh thái (EcoBrick) từ bùn thải, giải quyết đồng thời hai vấn đề là môi trường và nhu cầu vật liệu cho xây dựng.

1. Vài nét về công nghệ FEBUSS SMP

Bùn thải ướt của nhà máy xử lý nước thải được bơm vào bể chưng có thiết kế đơn giản, gọi là lò phản ứng bùn kỵ khí ưa nhiệt (TASR). Bùn của tháp phản ứng này được sử dụng cho nhà máy sản xuất gạch (EBF) và được xử lý trong 4 công đoạn: (1) tạo hạt nhỏ hay còn gọi là "hạt tiền chế', (2) được bổ xung vào cho vật liệu quy ước như đá vôi, cát và nước, (3) dùng nạp vào khuôn đóng thô (theo ý của khách hàng) và (4) phản ứng hóa học sẽ diễn ra trong lò nung để tạo gạch EcoBrick thành phẩm và sau đó đưa đi tiêu thụ. Công nghệ FEBUSS SMP gồm một số công đoạn chính sau:

Sơ đồ công nghệ FEBUSS SMP.

- TASR (Lò phản ứng bùn kị khí ưa nhiệt): Thiết bị này được đơn giản hóa bằng một bể chứa hình khối có lắp hệ thống xử lý kị khí bằng nhiệt. Công nghệ sản xuất chung cho thiết bị kị khí TASR hiện nay là dùng  nhiệt cao.

- HRAP (Bể chứa tảo công suất lớn):  Bể chứa tảo công suất lớn làm nhiệm vụ hấp thụ khí CO2 và các loại khí nhà kính khác (được tạo ra trong công đoạn sản xuất điện kết hợp của quá trình) bằng các bể lắng có lắp bộ lọc tràn để tách tảo dùng cho lò phản ứng TASR.

- MCS (Hệ thống kiểm tra và giám sát): Hệ thống MCS được thiết kế dùng cho công nghệ FEBUSS với mục đích là giám sát dòng nguyên liệu. Ví dụ kiểm soát quá trình vận chuyển của chất lỏng bùn, nước xám, hiệu quả sử dụng năng lượng và khí thải để vận hành các công đoạn như TASR, CCPP  và HRAP cũng như cho toàn bộ nhà máy sản xuất gạch EcoBrick. MCS là hệ thống thông minh được thiết kế hoàn toàn tự động, tự làm sạch đi trên phần mềm PLSS.

-  CCPP (công đoạn phát điện kết hợp): Công đoạn phát điện có nguồn gốc từ công nghệ đã được phát minh, kiểm chứng qua thực tế, được dùng kết hợp trong FEBUSS để sản xuất điện năng tận dụng dùng cho chính quá trình này.

- EBF (nhà máy sản xuất gạch EcoBrick): Nguyên liệu đầu vào là bùn thải, cát, vôi, nước, styrofoam, nhiên liệu và điện năng. Sản phẩm đầu ra là gạch EcoBricks có bề mặt trắng, chỉ có một vài chấm nâu nhỏ do những hạt bùn nhỏ bị vỡ bên trong. Gạch có độ bám dính gần giống như gạch thông thường, tuy nhiên điều này còn phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm hạt "tiền chế" được sử dụng. Các hạt bùn "tiền chế" gồm các hợp chất hữu cơ, sẽ bốc hơi trong quá trình nung và xử lý trong lò nung với nhiệt độ trên 150OC. Cấu trúc rỗ xốp dạng bong bóng có trong các hỗn hợp vôi cát có tác dụng cải thiện khả năng cách nhiệt của vật liệu lên tới 0,12 W/mK.

2. Ưu điểm của công nghệ FEBUSS SMP

- Khí biogas tạo ra trong công đoạn lò phản ứng bùn kị khí ưa nhiệt (TASR) sẽ được chuyển đổi thành điện năng trong công đoạn phát điện kết hợp (CCPP) và có thể dùng ngay cho nhà máy EcoBrick. Nhiệt thải của nhà máy EcoBrick và của công đoạn CCPP sẽ được tận dụng để hâm nóng TASR lên tới 55 oC nhằm thúc đẩy nhanh phả ứng và nếu dư thừa sẽ được dùng cho bể tảo.

- Chuyển hóa CO2 phát tán thành khí năng lượng CH4:  Bể chứa tảo công suất cao (HRAP) được dùng để xử lý dòng thải dịch (nước công nghệ bề mặt) từ TASR cũng như khí thải của công CCPP (chủ yếu là CO2). Bể chứa tảo HRAP chỉ có nước xám tận dụng được dùng cho việc tưới tiêu và có tác dụng làm cần bằng đạm cho TASR. Thông thường, năng lượng cần cho quá trình sinh học (quang học) được lấy từ ánh sáng mặt trời và cuối cùng khí thải CO2 từ công đoạn CCPP sẽ được chuyển thành sinh khối tảo để chuyển hóa tiếp thành khí CH4, điều này có nghĩa, khí sinh khối sẽ được dùng để sản xuất điện năng trong công đoạn điện kết hợp CCPP

- Việc sử dụng bùn thải sẽ cải thiện khả năng cách nhiệt của gạch, giảm năng lượng để sưởi ấm và làm mát các tòa nhà đồng thời sử dụng năng lượng có sẵn của nước thải/ bùn thải và cuối cùng làm giảm vật thải, thủ phạm gây hiệu ứng nhà kính.

- Giảm khí thải và chất thải gần bằng zero, theo đó công nghệ  FEBUSS không tạo ra chất thải và khí thải phóng không (ngoài lượng thải không đáng kể trong quá trình vận hành công nghệ và của thiết bị tạo ra)

-  Giảm thiểu nguyên liệu đầu vào như nước, cát, đá vôi, nước, năng lượng cho việc sản xuất gạch. Điều này có nghĩa tối ưu hóa hiệu quả tài nguyên bằng cách tận dụng nguyên liệu thô thứ cấp có trong bùn thải nên giảm thiểu chất thải nói chung.

-  Tạo ra nhiều sản phẩm hữu ích cho xã hội, làm tăng cơ hội kinh doanh, lợi nhuận, công ăn việc làm và tăng cường sức khỏe cho con người....

- Mang tính khả thi cao cho các nước đang phát triển, đặc biệt là cho các nhà máy quy mô nhỏ và vừa  .

3. Triển vọng của công nghệ FEBUSS SMP

   FEBUSS SMP là công nghệ bản quyền của Đức và hiện nay người ta đang tiến hành xây dựng một số nhà máy quy mô thử nghiệm (pilot) tại hai khu vực ở Đức (Châu Âu) và ở Việt Nam (Đông Nam Á). Hai nơi này đại diện cho hai khu vực có các đặc tính  đối chứng vật thải, khí hậu và địa lý  nhằm xác minh tính khả thi của dự án trước khi đưa vào thương mại hóa. Công nghệ FEBUSS SMP được xem là giải pháp tiếp cận đa chiều nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường, thúc đẩy việc sử dụng nguyên, vật liệu thứ cấp có hiệu quả, khuyến khích phát triển các mô hình sản xuất bền vững, tăng cường vai trò của các doanh nghiệp vừa và nhỏ, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao về vật liệu xây dựng cho xã hội, nhất là ở các nền kính tế đang lên và thay thế dần các công nghệ đốt gạch truyền thống vừa đắt tiền lại thải ra quá nhiều khí CO2 .

Khắc Nam (Theo FS- 2-2012)