Tài liệu Tiểu luận môn công nghệ xử lý khí thải và tiếng ồn xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học

MỤC LỤC I. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ.............................................................3 1. THỰC TRẠNG............................................................................................................................ .....3 2. NGUỒN GỐC HÌNH THÀNH CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ...............................................4 3. TÁC HẠI................................................................................................................................... .........4 4. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI......................................................5 II. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC............................5 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP............................................................................................5 2. ĐẶC DIỂM CỦA NGUỒN KHI THẢI......................................................................................6 3. NGUYEN LÝ CỦA QUA TRINH................................................................................................8 4. CAC QUA TRINH SINH HỌC AP DỤNG...............................................................................8 4.1. LỌC SINH HỌC ..........................................................................................................................8 4.1.1. Lọc sinh học là gì?....................................................................................................................8 4.1.2. Nguyên lý hoạt động.................................................................................................................9 4.1.3. Các lưu ý khi lựa chọn vật liệu lọc..........................................................................................11 4.1.4. Một số thông số thiết kế..........................................................................................................13 4.1.5. Ưu khuyết điểm của lọc sinh học............................................................................................14 4.2. THÁP TƯỚI SINH HỌC..............................................................................................................16 4.2.1. Nguyên tắc..............................................................................................................................16 4.2.2. Nguyên lí hoạt động................................................................................................................16 4.2.3. Ưu và nhược điểm..................................................................................................................18 4.3. LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT ........................................................................................................18 4.3.1. Lọc sinh học nhỏ giọt là gì? ....................................................................................................18 4.3.2. Nguyên lí làm việc ..................................................................................................................19 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO 4.3.3. Ưu và nhược điểm..................................................................................................................20 4.3.4. Ứng dụng................................................................................................................................21 4.4. MANG LỌC SINH HỌC..............................................................................................................22 4.4.1. Quá trình hình thành màng sinh học......................................................................................22 4.4.2. Nguyên lí hoạt động của màng lọc sinh học ............................................................................23 4.4.3. Ưu và nhược điểm của màng lọc sinh học...............................................................................23 5. ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC.......................................................24 5.1. ƯU ĐIỂM.................................................................................................................................24 5.2. NHƯỢC ĐIỂM .....................................................................................................................................24 III. ỨNG DỤNG.............................................................................................................24 KẾT LUẬN .......................................................................................................................28 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................29 MỞĐẦU Môi trường ngày càng bị ô nhiễm nghiêm trọng, nó không chỉ đe dọa đến cuộc sống, đến sức khỏe của người dân mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sự phát triển kinh tế của từng quốc gia. Vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường không khí nói riêng không còn là vấn đề riêng lẻ của một quốc gia hay một khu vực mà nó đã trở thành một vấn đề toàn cầu. Không khí là “nguồn sống” của loài người. Hiện nay nguồn không khí đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, hệ quả kéo theo đó là sự suy giảm sức khỏe của con người, sự biến đổi khí hậu kéo theo các sinh vật bị hủy diệt và gây tổn thất lớn cho nền kinh tế. Hằng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỷ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt… Đồng thời cũng thải ra môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy xí nghiệp làm cho hàm lượng các chất khí độc hại tăng lên nhanh chóng. Công nghiệp hóa càng mạnh, đô thị hóa càng phát triển thì nguồn thải gây ô nhiễm không khí càng nhiều áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo chiều hướng xấu càng lớn, thực trạng này đặt ra cho các nhà quản lý, nhà khoa học những nhiệm vụ nặng nề trong việc xử lý và kiểm soát tình trạng ô nhiễm. Để làm tốt vấn đề này cần sự phối của tất cả mọi người. Nhà sinh vật học Hoa Kì - Tiến sĩ Gary M. Lovett nhận xét: “Bất cứ nơi đâu chúng ta cũng tìm thấy bằng chứng về việc ô nhiễm không khí ô nhiễm gây hại đến tài nguyên tự nhiên. Những hoạt động quyết đoán cần được thực hiện nếu chúng ta thực sự muốn bảo tồn các hệ sinh thái chức năng cho thế hệ tương lai”. NHÓM THỰC HIỆN: 5 2 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Các chất ô nhiễm, thông thường được xử lý nhiệt hoặc hấp phụ bằng than hoạt tính. Xử lý nhiệt bằng đốt cháy trực tiếp hay là oxy hóa xúc tác ở nhiệt độ thấp chỉ hiệu quả khi mà nồng độ chất ô nhiễm đủ lớn để bù đắp phần nào chi phí năng lượng. Than hoạt tính hoạt động bằng khả năng hấp phụ bề mặt tạo khí đầu ra sạch. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ của một chất ô nhiễm trên một gam than hoạt tính lại phụ thuộc vào nồng độ trong không khí. Khi nồng độ thấp, khả năng hấp phụ thường giảm. Lượng than hoạt tính có thể sử dụng lại hoặc thay thế cho mỗi kg chất ô nhiễm cần loại bỏ là rất lớn và quá trình xử lý khó có khả năng áp dụng thực tế. Xử lý sinh học đáp ứng được yêu cầu về kinh tế khi xử lý những chất ô nhiễm ở nồng độ thấp. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất để xử lý mùi và được các nước đón nhận nhiệt tình. Xuất phát từ vấn đề trên chúng em chọn đề tài “ XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC”. I. TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1. Thực trạng Ô nhiễm môi trường hiện đang là vấn đề nan giải. Theo đánh giá của ngân hàng thế giới tại Việt Nam, với 59 điểm trong bảng xếp hạng chỉ số hiệu quả của hoạt động môi trường, Việt Nam đứng vị trí 85/163 các nước được xếp hạng. Còn theo kết quả nghiên cứu khác vừa qua tại diễn đàn kinh tế thế giới Davos, Việt Nam nằm trong số 10 quốc gia có chất lượng không khí thấp và ảnh hưởng nhiều nhất đến sức khỏe. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, nồng độ chất ô nhiễm trong không khí tại khu vực vên đường giao thông, trong đó chủ yếu là CO tăng 1,44 lần và bụi PM10 tăng 1,07 lần. Hằng năm có 1,6 tỉ tấn hóa chất độc tại được thải trực tiếp vào môi trường không thí từ hoạt động của các loại hình công nghiệp như: Sơn, nhựa, cao su, keo dán, chất phủ bề mặt, các sản phẩm chế biến dầu mỏ, dược phẩm, mỷ phẩm, dệt nhuộm… Tại thành phố Hồ Chí Minh, không kể các cơ sở thủ công nghiệp, có khoảng 500 xí nghiệp trong tổng số hơn 700 cơ sở công nghiệp nằm trong nội thành, ở thành phố Hà Nội có khoản 200 xí nghiệp trong tổng số khoảng 300 cơ sở công nghiệp nằm trong nội thành. Trong các năm gần đây nguồn ô nhiễm từ hoạt động công nghiệp nằm trong nội thành có phần giảm bớt do các tỉnh, thành đã thực hiện tích cực chỉ thị xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm nghiêm trọng nằm xen kẽ trong khu vực dân cư. Bên cạnh đó ô nhiễm không khí ở nhiều lành nghề đã tới mức báo động, ở rất nhiều làng nghề, đặc biệt các làng nghề ở vùng Đồng bằng Bắc Bộ, đang kêu cứu về ô nhiễm môi NHÓM THỰC HIỆN: 5 3 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO trường không khí. Công nghiệp mới phần lớn các cơ sở công nghiệp mới được đầu tư tập trung vào 82 khu công nghiệp. Trước khi xây dựng dự án đều đã được tiến hành “đánh giá tác động môi trường”. Tuy vậy, còn nhiều xí nghiệp mới, đặc biệt là đốt than, chưa xử lý triệt để các khí thải độc hại (SO2, NO2, CO) nên đã gây ra ô nhiễm môi trường không khí xung quanh. Các hóa chất mạch vòng như toluen, xylene, benzen, methyl benzen, phenol… đã và đang gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Bên cạnh một số phương pháp xử lý thí thải thông thường như: hấp thụ, hấp phụ, chưng cất, ngưng tụ, đốt, oxy hóa (có hoặc không có chất xức tác). Phương pháp sinh học bao gồm lọc sinh học, tháp rửa, lọc sinh học nhỏ giọt, màng sinh học đã dược nghiên cứu và áp dụng rộng rải cho sử lý ô nhiễm. Các phương pháp trên hoạt động ổn định, hiệu quả xử lý cao, chi phí đàu tư và vận hành thấp. 2. Nguồn gốc hình thành các hợp chất hữu cơ Nguồn gốc hình thành các hộp chất hữu cơ: tồn tại trong các hạt bụi rắn hay lỏng. Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) hiện diện trong thành phần của các loại dung môi, sơn, keo dán sàn, các sản phẩm tẩy rửa, đánh bóng, khử mùi phòng và thảm… Chúng bao gồm từ các hợp chất hữu cơ đơn giản như meetan đến hydrocacbua thơm, alcohol, aldehyt, keton, este, hợp chất hửu cơ của halogen cũng như hợp chất hữu cơ có chứa lien kết lưu huỳnh hoặc nitơ… Đặc trưng của khí hữu cơ là có mùi gây nên cảm giác khó chịu và ảnh hưởng trực tiếp với sức khỏe con người (nhiễm độc qua đường hô hấp). 3. Tác hại Gây nhức đầu, buồn nôn, chon mặt, chảy máu não, chảy máu phế quản, phù phổi,…vật vã. Ngủ sâu, khi tỉnh lại có thể bị mất trí nhớ. Thường gập ở những người có môi trường làm việc phải thường xuyên tiếp xúc với các khí hữu cơ. Tùy vào liều lượng, nồng độ mà biểu hiện nhiễm độc có thể ở những mức độ khác nhau. Những biểu hiện thường gặp: viên da, đau đầu, chóng mặt, mệt mỏi, tim đập nhanh, gây tổn thương mắt, giảm thị giác, giảm độ nhạy về thần kinh, rối loạn các chức năng hô hấp, suy giảm thần kinh trung ương, gây nhiễm độc gan, rối loạn huyết học, gây rối loạn chức năng tiêu hóa: kếm ăn, nôn, xáo trộn, tổn hại đến dạ dày,… NHÓM THỰC HIỆN: 5 4 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Một số chất khác có khả năng gây ung thư: benzene, styrene butadience gây ung thư máu, ưng thư da, ung thư tinh hoàn… và mức độ ô nhiễm bệnh theo thời gian tiếp xúc. Ung Thư Máu Tổn Hại Tế Bào Phổi Ung Thư Da 4. Tổng quan về phương pháp xử lý khí thải - Các phương pháp làm sạch khí thải rất đa dạng, khác nhau về cấu tạo thiết bị cũng như về công nghệ làm sạch. - Phương pháp làm sạch chất thải được lựa chọn theo khối lượng, tính chất và thành phần chất thải. Ngoài ra tính kinh tế kỹ thuật cũng là cơ sở so sánh phân tích khi lựa chọn phương pháp. - Để đạt được hiệu quả xử lí khí thải cao đôi khi cần phải sử dụng phối hợp đồng thời nhiều phương pháp và thiết bị xử lí. Có 3 phương pháp chính: • Phương pháp nhiệt: được ứng dụng để xử lý các chất độc dễ bị oxy hóa và các tạp chất có mùi hôi. Dựa trên sự cháy các tạp chất trong lò hơi hoặc đèn xì. NHÓM THỰC HIỆN: 5 5 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO • Phương pháp oxy hóa: Dựa trên sự biến đổi hóa học các cấu tử độc hại thành không độc hại trên các bề mặt các chất rắn. • Phương pháp sinh học: Lợi dụng các vi sinh vật phân hủy và tiêu thụ các chất khí thải độc hại, nhất là các khí thải độc hại ( nhà máy thực phẩm, nhà máy phân đạm…). Các vi sinh vật, vi khuẩn sẽ hấp thụ, đồng hóa các khí thải hữu cơ, vô cơ độc hại và thải ra các khí như CO2… II. XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 1. Đặc điểm của phương pháp - Công nghệ làm sạch khí thải bằng cách thức sinh học hiện nay trong đó có bể xử lý chính có tên “lọc sinh học giọt thấm, bộ lọc sinh học và lọc màng. Cách thức của các dạng bể này tương tự nhau. Khí thải mang chất ô nhiễm bay hơi được đưa qua bể xử lý, ở đó chất bay hơi được chuyển từ pha khí sang pha lỏng. - Các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm sinh trưởng trong pha lỏng này tham dự vào quá trình loại chất ô nhiễm khỏi pha khí. Thường thì vi sinh vật tham gia quá trình phân hủy ở dạng hỗn hợp. Hỗn hợp này bao gồm các vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh khác nhau tùy thuộc vào một số tương tác và do đó tạo nên một quần thể vi sinh vật. Vi sinh vật thường tập trung thành màng mỏng gọi là màng sinh khối. - Chất ô nhiễm trong khí thải (như toluene, methane, dichloromethane, ethanol, carboxylic acid, esters, aldehydes….) thông thường đóng vai trò là nguồn carbon và năng lượng cho vi sinh tăng trưởng và duy trì hoạt tính. - Nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng giới hạn trên dưới từ 5-60C đến 15-400C - Vi sinh vật thích nghi với môi trường chậm, thời gian lưu dài. - Thành phần các hỗn hợp khí xử lý phải không chứa các chất độc làm chết các vi sinh vật. Một số vi sinh vật thường được sử dụng: Microcosus abbus; Actinomyces globicporus; Micromonospora vulgarus ; Proteur vulgnus ; Bacillus cếu ; Streptomyces, …. Mỗi loại khí thải có tính chất khác nhau, cần chọn các vi sinh vật thích hợp với từng nguồn thải. Ví dụ : Hyphomicrobium phân hủy nguồn thải có nhiều diclometan… 2. Đặc điểm của nguồn khí thải - Khi lựa chọn công nghệ sinh học để tinh sạch khí thải, cần phải biết các đặc trưng của nguồn khí thải. - Các thông số vật lí : • Độ ẩm và nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình phân hủy sinh học của chất ô nhiễm bởi vi sinh vật có một dải nhiệt độ và độ ẩm tương ứng tối ưu cho sinh trưởng. • Nhiệt độ ảnh hưởng đến phân phối chất ô nhiễm giữa pha lỏng và khí. NHÓM THỰC HIỆN: 5 6 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO • Tốc độ dòng khí thải ảnh hưởng đến tốc độ dung nạp chất ô nhiễm trong pha hoạt tính sinh học giảm khả năng phân hủy. • Bản chất và nồng độ của một đơn vị chất ô nhiễm hoặc đơn vị mùi hôi trong dòng khí thải… ảnh hưởng đến hiệu suất của toàn bộ hệ thống lọc sinh học. Đặc trưng quan trọng của một dòng khí thải : Thông số Đơn vị % Độ ẩm tương đối Nhi ệt độ Vận tốc thổi khí thải Dạng chất ô nhiễm (hóa học) Nồng độ chất ô nhiễm Nồng độ mùi 0C m3h-1 gm3 ou m3 ( Đơn vị của mùi « ou » là lượng hợp chất (hỗn hợp) gây mùi có trong 1 m3 khí không có mùi (trong điều kiện chuẩn) trong giới hạn chuẩn ( CEN, 1998) • Những đặc trưng của dòng khí thải cho phép xác định được một khoảng rộng những lựa chọn về kiểu lọc sinh học có thể được sử dụng. • Tính quan trọng vượt trội của hệ số Henry:  Hóa chất mà có khả năng hòa tan trong nước (chất ưa nước) thì rất dễ được giữ lại dễ dàng bằng cách phun nước.  Các hóa chất khó hoàn tan trong nước (chất có hệ số Henry cao) tốt hơn là dùng lọc sinh học.  Nồng độ chất ô nhiễm, hệ số Henry và các thông số đi kèm của các dạng lọc sinh học (biofilter), lọc giọt thấm (biotrickling), lọc phun (sau Groenestijn và Hesenlink, 1993) Lọc lớp Lọc giọt thấm Lọc phun Nồng độ chất ô nhiễm (gm3) <1 <0.5 <5 Hằng số Henry (không có thứ nguyên Tốc độ tải bề mặt (m3 m-2 h-1) <10 <1 <0.01 50-200 1001000 100-1000 Tốc độ tải khối (g m-3 h-1) 10-160 <500 <500 NHÓM THỰC HIỆN: 5 7 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Thời gian thoát khỏi lớp(s) 15-60 Tốc độ dung tải (m3 m-3 h-1) 100-200 Tốc độ giảm tải (g m-3 h-1) 10-160 Hiệu suất loại bỏ (%) 95-99 30-60 30-60 250-280 85-95 Mức độ phân hủy sinh học của một số chất Chất hữu cơ Phân hủy nhanh H2 S NH3 Chất vô cơ Phân hủy nhanh Tốt Alcolhols Ete CH3OH CH3COOC2H5 C2H5OH Keton, Axeton Aldehyt Phenol, HCHO Bengen, SO2 CH3CHO Stylen, Amin– RNH2 Mercaptan: Axit hữu cơ CH2SH RCOOH 3. Nguyên lý của quá trình - Cân bằng phân bố của chất ô nhiễm Sự khuếch tán vào màng sinh học Phân hủy sinh học của chất ô nhiễm Chậm Hydrocacbon: CH4, C6H14, Cyclohexan Rất chậm Chất hữu cơ halogen: CH3CHCl 4. Các quá trình sinh học áp dụng 4.1. Lọc sinh học 4.1.1. Lọc sinh học là gì? - Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới. Nó bao gồm sự loại bỏ và oxy hoá những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật. - Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ-những hợp chất hữu cơ bay hơi (Volatile Organic Compound- VOC) hoặc các hợp chất cacbon hay những hợp chất khí độc vô cơ-amoniac hay H2S. Hình cấu tạo bể lọc sinh học đơn giản NHÓM THỰC HIỆN: 5 8 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO 4.1.2. Nguyên lý hoạt động Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển và phân huỷ các chất khí có mùi hôi, các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong không khí. Hệ thống lọc bao gồm một buồng kín chứa các vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc.Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học, đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc. Nguyên liệu lọc được thiết kế sao cho có khả năng hấp thụ nước lớn nhất, độ bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi qua ngang nó. Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào một buồng phía bên dưới nguyên liệu lọc. Khi chất khí đi ngang qua lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân huỷ. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển bên trên hệ thống lọc. NHÓM THỰC HIỆN: 5 9 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Mô hình lọc sinh học Các vi sinh vật phân huỷ các chất ô nhiễm theo phương trình sau: Chất hữu cơ ô nhiễm + O2 NHÓM THỰC HIỆN: 5 CO2+ H2O + Nhiệt +Sinh khối 10 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Bể lọc sinh học có một lớp nguyên liệu lọc ở nhà máy Monsanto 4.1.3. Các lưu ý khi lựa chọn vật liệu lọc - Khả năng giữ ẩm để tạo lớp màng sinh học. - Có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho quá trình hấp thụ và phát triển của vi sinh vật. - Có chứa các dưỡng chất để cung cấp cho các vi sinh vật. - Tạo lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lượng cần sử dụng cho máy bơm). - Các tính chất lý học khỏc như độ ổn định lý học và dễ dàng thao tác. Vật liệu nhồi( vật liệu lọc) Vật liệu nhồi phải có tỷ diện lớn, tính thấm lớn, cũng như phải cung cấp một nguồn dinh dưỡng tốt cho sinh trưởng của vi sinh vật. Vật liệu ấy có thể là vật liệu tự nhiên hay tổng hợp. Các vật liệu tự nhiên bao gồm: đất, compost, than bùn, vỏ bào gỗ. Sỏi và đá có thể được dùng, nhưng do tỷ số bề mặt/khối lượng là nhỏ nên tốc độ phản ứng theo khối lượng là thấp. Các vật liệu tổng hợp bao gồm: các hạt gốm, các hạt polyetylen, các hạt đất khuê tảo. Dưới đây chúng ta thảo luận về một số loại vật liệu nhồi cụ thể: Compost NHÓM THỰC HIỆN: 5 11 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Đó là loại vật liệu nhồi được dùng phổ biến nhất hiện nay. Có rất nhiều loại compost đã được dùng làm vật liệu nhồi, đó là các compost bắt nguồn từ rác sinh hoạt, từ bùn của nước thải, từ phân chuồng v.v... các tính chất của những compost ấy thì rất khác nhau, và đôi khi bao gồm cả những nhược điểm của chúng. Chẳng hạn có những loại compost nghèo dinh dưỡng và/hoặc nghèo vi sinh vật (mật độ quần thể thấp). Nói chung quần thể vi sinh vật trong compost là phong phú, và việc bổ sung vi sinh vật là không cần thiết. Tuy nhiên, nếu bổ sung thì việc khởi động hệ thống có thể diễn ra nhanh hơn. Các compost của đống ủ phân trộn đang hoạt động (chưa hoại) chứa nhiều nitơ dễ sử dụng hơn so với các compost của đống ủ đã xong (đã hoại), và nhiệt độ ở đó có thể lên đến trên 600 C. Độ ẩm của vật liệu nhồi bằng compost nên được duy trì ở mức 50- 60% theo trọng lượng tươi. Độ ẩm cao thì làm giảm độ xốp có hiệu quả cũng như làm giảm dòng khí đi qua lọc, và có thể dẫn đến những điều kiện kỵ khí cục bộ. Độ ẩm thấp thì làm giảm hoạt tính vi sinh vật và tạo nên các kẽ nứt. Các compost ẩm hoặc ướt thì dần dần kết cứng lại, và khi ấy người ta phải bổ sung vật liệu làm xốp để duy trì độ xốp và kết cấu của vật liệu nhồi cũng như ngăn cản sự tụt áp suất. Các vật liệu làm xốp được dùng bao gồm: vật liệu gốm xốp, đá trân châu, vỏ bào gỗ, vỏ cây, và các hạt nhựa xốp; chúng được trộn với compost theo tỷ lệ khoảng 1:1 theo khối lượng. Để cho compost khỏi bị khô đi trong khi hệ thống hoạt động thì không khí ô nhiễm đưa vào để xử lý qua lọc sinh học chứa compost phải được làm bão hòa nước. Trong nhiều trường hợp thì không khí ô nhiễm cần phải được làm ẩm. Vật liệu compost cũng có thể bị khô đi bởi nhiệt sinh ra do sự phân hủy sinh học trong quá trình lọc, hoặc do bị phơi dưới ánh sáng mặt trời. Khi ấy, phải cần đến một phương pháp bổ sung nước hoặc kiểm soát độ ẩm. Các phương pháp kiểm soát độ ẩm sẽ được thảo luận ở một phần dưới đây. Vật liệu nhồi tổng hợp Thuộc về loại này có: các hạt chất dẻo, đất khuê tảo, và được dùng nhiều nhất là cacbon hoạt tính dạng hạt (GAC). Chúng được dùng trong các thực nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm cũng như pilot. Hiệu suất của hệ thống dùng vật liệu nhồi tổng hợp về cơ bản không khác so với dùng vật liệu nhồi tự nhiên. Những ưu điểm của vật liệu nhồi tổng hợp bao gồm: sự tổn thất áp suất là nhỏ, ít gây tắc nhờ có các khe hở lớn giữa các hạt vật liệu, tỷ diện lớn, và riêng với GAC thì còn có tính hấp phụ các chất gây ô nhiễm vào pha rắn. Tuy nhiên, sự tổn thất áp suất trong các hệ thống dùng compost đã hoạt động lâu tới vài năm cũng chỉ ở mức 1- 3 cm, và trong số các hệ thống sử dụng vật liệu nhồi tổng hợp thì chỉ có GAC là có tỷ diện lớn hơn của compost. Vì các lỗ của GAC nhỏ hơn các tế bào vi khuẩn nên tỷ diện lớn của GAC không làm tăng khả năng phản ứng. Ngoài ra, đối với các hệ thống hoạt động theo kiểu dòng liên tục thì GAC nhanh chóng trở nên cân bằng với pha khí. Cũng có giả thuyết cho rằng nếu các chất NHÓM THỰC HIỆN: 5 12 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO gây ô nhiễm có khả năng bị phân hủy sinh học thì GAC có thể cung cấp môi trường đệm, nhưng điều này chưa được chứng minh. Độ ẩm và chất dinh dưỡng cũng cần được cung cấp cho các lọc sinh học dùng vật liệu nhồi tổng hợp, giống như đối với các hệ thống dùng compost. Không khí thì được làm ẩm, còn các chất dinh dưỡng thì được dung cấp thông qua hệ thống làm ẩm, hoặc bằng cách nhúng định kỳ vật liệu nhồi vào một dung dịch dinh dưỡng. 4.1.4. Một số thông số thiết kế - Diện tích : là một thông số được quan tâm hàng đầu trong việc thiết kế hệ thống lọc sinh học. Để xử lý lưu lượng khí khoảng 50ft3/phút, một hệ thống lọc sinh học có thể cần diện tích 25ft2. Đối với những lưu lượng lớn hơn chúng ta cần những diện tích lớn hơn. - Thành phần hóa học và hàm lượng cúa chất ô nhiễm trong khí thải : Phân tích thành phần và hàm lượng của nó trong khí thải cần thiết để xác định xem biện pháp lọc sinh học có thích hợp hay không. Các hệ thống lọc sinh học hoạt động tốt khi các hợp chất ô nhiễm có nồng độ thấp (<1000ppm). Một số hợp chất phân hùy sinh học rất chậm (như các hợp chất clo) do đó cần đòi hỏi hệ thống xử lý có kích thước lớn. - Thời gian lưu trú : Là khoảng thời gian vi sinh vật tiếp xúc với luồng khí thải và được tính bằng công thức sau : RT= Tổng thể tích các lỗ rỗng của lớp nguyên liệu lọc/ lưu lượng khí thải. Thời gian lưu trú càng dài sẽ cho hiệu suất xử lý càng cao. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế chúng ta cần phải giảm thiểu thời gian lưu trú đề hệ thống xử lý một lưu lượng lớn hơn. Thông thường thời gian lưu trú các hệ thống lọc sinh học nằm trong khoảng từ 30 giây đến 1 phút. - Độ ẩm : Độ ẩm của luồng khí thải cần xử lý rất quan trọng vì nó giữ độ ẩm cần thiết cho các màng sinh học. Do đó, luồng khí thải thường được bơm qua một hệ thống làm ẩm trước khi bơm vào hệ thống lọc sinh học để đảm bảo ẩm độ của luồng khí thải đi vào hệ thống lọc sinh học phải lớn hơn 95%. - Nhiệt độ : Cũng như nhiều nhân tố khác, có thể thông qua nhiệt độ để diều khiển các phản ứng sinh hóa. Nói chung, nhiệt độ tăng thì tốc độ phản ứng tăng, cho tới khi đạt mức tối đa ở nhiệt độ tối ưu mà quá giới hạn thì tốc độ phản ứng giảm. Mỗi vi sinh vật có một khoảng nhiệt độ sinh trưởng tối ưu. Đa số vi sinh vật trong các hệ thống lọc sinh học thuộc nhóm ưu ẩm, nghĩa l1 có thể sinh trưởng trong phạm vi từ 15-45oC và có khoảng nhiệt tối ưu từ 25-35oC. - Mức oxy : Từ việc phần lớn sự phân hủy là hiếu khí, bậc oxy là vô cùng quan trọng trong một quá trình lọc sinh học. Trên thực tế, oxy không được sử dụng trực tiếp ờ dạng khí, nhưng vi sinh vật sử dụng oxy có mặt ờ dạng hòa tan trong màng sinh học. Trong một số trường hợp của chất gây ô nhiễm nhất định. Oxy nên được thêm vào NHÓM THỰC HIỆN: 5 13 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO - pH : Đối với sự loại bỏ các hợp chất hữ cơ bay hơi thì pH của vật liệu lọc nên được duy trì ở mức 7-8,5. Việc xử lý các hợp chất lưu huỳnh khử và các chất jữu cơ clo có những nét khác biệt. Khi chuyển hóa sinh học các hợp chấtnày thì sinh ra các sản phẩm phụ có tính axit, dẫn đến sự giảm tương ứng với pH môi trường lọc. Tuy nhiên các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thích ứng tốt với các điêu kiện axit. Biện pháp chủ yếu để giảm mức độ axit của môi trường lọc là đưa các chất dùng để bón vôi trong công nghiệp vào tầng lọc nhằm trung hòa các ion H+ trong dung dịch bẳng các inon OH- . Ngoài biện pháp bón vôi, người ta thấy rằng việc rửa tầng lọc một cách định kì bằng nước cất hoặc dunh dịch natri cacbonat cũng có tác dụng tốt trong việc loại bỏ các ion H+ và kéo dài tuổi thọ tầng lọc. - Giảm áp : của luồng không khí đi ngang qua lớp nguyên liệu lọc nên được hạn chấ tối đa. Nếu lớp nguyên liệu lọc này gây trở lực lớn cho nguồn khí tốn thêm năng lượng cho máy thổi tăng giá thành xử lý. - Độ ẩm : Khả năng gây trở lực cho nguồn khí phụ thuộc vào độ ẩm, độ rỗng của lớp nguyên liệu lọc. Độ ẩm tăng, độ rỗng lớp nguyên liệu giảm là nguyên nhân gây ra trở lực cho nguồn khí. Đối với hệ thống điể hình mức độ giảm áp nằm trong khoảng 110hPa. - Bảo trì : Khi bắt đầu đưa vào hoạt động, hệ thống cần được bảo trì 1lần/tuần. Sau khi hệ thống đã hoạt động ổn định và đã giải quyết tất cả các vần đề xảy ra. Tần số bảo trì có thể giảm xuống 1 lần/nửa tháng hoặc hàng tháng. 4.1.5. Ưu khuyết điểm của lọc sinh học Ưu điểm: - Giá thành và giá vận hành thấp, ít sử dụng hoá chất. - Thiết kế linh động, do đó có thể thích nghi với mọi loại hình công nghiệp và diện tích của xí nghiệp. - Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ bay hơi và các chất độc. HIệu suất thường lớn hơn 90% đối với các khí thải có nồng độ ô nhiễm <1000 pm. - Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau có thể áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý. Khuyết điểm: - Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý được các chất ô nhiễm có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân huỷ sinh học chậm. - Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hoá chất cao cần các hệ thống xử lý lớn và diện tích để lắp đặt hệ thống sinh học. - Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý chúng. NHÓM THỰC HIỆN: 5 14 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO - Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học có thể kéo dài hàng tuần hay hàng tháng, đối với việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi. 1980 lọc sinh học được áp dụng cho xử lý VOCs (volatine oganic chemicals), khí độc ở Tây Đức và Hà Lan, Mỹ Mehico, Pháp Ý. Các hệ thống trên xử lý rượu, phenol, keton, dầu khoáng. Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống xử lý: pH, nhiệt độ, nhu cầy dinh dưỡng, hàm lượng ẩm, độ ẩm tương đối của không khí. Một số mô hình áp dụng - Xử lý khí thải từ công nghiệp chế biến gỗ, sàn xuất giấy: Lọc sinh học thuận lợi cho xử lý khí thải trong chế biến gỗ do: sử dụng ngay gỗ làm vật tiếp xúc. Chất ô nhiễm từ pha khí chuyển trực tiếp vào lớp màng vi sinh vật sau đó bị phân huỷ. Các chất ô nhiễm hoà tan kém trong nước. Mô hình lọc sinh học - Xử lý ethanol bằng phương pháp lọc sinh học (Richard auria):  Bể phản ứng chứa các lớp vật liệu lọc: than đá, vật liệu nhân tạo. Không khí ô nhiễm sẽ đi qua lớp vật liệu trên. Tại đây các vi sinh vật tham gia phân hủy các chất ô nhiễm chuyển thành CO2 và H2O. NHÓM THỰC HIỆN: 5 15 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO  Bể lọc sinh học có đường kính trong là 14cm, không khí khô đi qua hệ thống tạo ẩm, ethanol cũng đi qua hệ thống một cách tương tự sau đó nhập 2 dòng lại. Vật Các thành phần chính của bể lọc sinh học nhỏ giọt 4.3.2. Nguyên lí làm việc  Quá trình của Bio-trickling Filter tương tự như Wet Scrubber. Tuy nhiên, các chất ô nhiễm không phân tách vào dung dịch làm sạch để loại bỏ mà hấp thụ vào các tế bào vi sinh và bị phân hủy sinh học.  Màng sinh học phát triển trên bề mặt lớp vật liệu lọc, được giữ ẩm bằng sự phun (nhỏ giọt) dung dịch. Ngoài chức năng cung cấp độ ẩm và khoáng chất cho màng sinh học, dung dịch cũng có thể được sử dụng để trung hòa pH với hợp chất khí thải có liên quan và các sản phẩm phân hủy.  Nước cung cấp liên tục lên phía trên bề mặt của môi trường xốp, khí thải được đưa từ dưới đáy lên qua lớp vật liệu, được dòng nước giữ lại những chất ô nhiễm. Khí sạch đi ra phía trên và được thải trực tiếp vào môi trường. Một phần nước từ đáy hệ thống sau khi thêm axit hay kiềm và dinh dưỡng được bơm trở về bề mặt lọc.  Quá trình xảy ra liên tục.  dày đột ngột, gân), trong cùng một thời gian thì quá trình điền khuôn không đều.  Nhiệt độ khuôn, nhiệt độ chảy, tốc độ phun không thích hợp.  Áp suất giữ, và thời gian duy trì áp quá ngắn.  Nhựa chảy không đồng nhất khi tiếp xúc với thành khuôn. Khắc phục NHÓM THỰC HIỆN: 5 16 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO  Tránh các vùng dày và sự thay đổi bất ngờ về bề dày, như là sự thay đổi bất ngờ về bề dày thành đồng nhất.  Tối ưu hình dáng sản phẩm và điền khuôn.  Tối ưu nhiệt độ gia công  Điều chỉnh đúng áp suất duy trì và thời gian duy trì áp suất.  Cải thiện hệ thống van thoát khí  Kiểm tra hệ thống làm nguội của khuôn. 5.7  - Ưu điểm Sử dụng hổn hợp nhựa hai thành phần có độ nhớt tương đối thấp khoảng 100 1000 cP. Hệ nhựa thông thường bao gồm 2 thành phần: A (Polyol) và B (Isocyanate), tỷ lệ trộn tùy theo yêu cầu chất lượng của sản phẩm và tỉ lệ thông thường là tỉ lệ 1:1.  Để định lượng tỉ lệ hai thành phần trộn chính xác cần có sự trợ giúp của một thiết bị đặc biệt đó là hệ thống bơm định lượng với độ chính xác cao.  RRIM tạo sản phẩm đẹp, không có đường cắt bavia, láng cả hai mặt và sản phẩm sản xuất ra là sản phẩm cuối cùng và quan trọng là ít gây hại cho môi trường.  Công nghệ RRIM là công nghệ của tốc độ, chu kỳ sản phẩm thường là 2 phút nên rất thích hợp cho các đơn hàng sản xuất với số lượng lớn.  Do phản ứng giữa Polyol và Iso là phản ứng toả nhiều nhiệt giúp trợ giúp tiến trình gia nhiệt ở khuôn.Tuy nhiên vẩn cần cung cấp nhiệt cho khuôn để bảo đảm sự tốc độ nguội giưã bề mặt sản phẩm và lõi khuôn. Độ tự động hóa của qui trình RRIM rất cao. 5.8 5.9 Nhược điểm  Chi phí đầu tư hệ thống máy móc, khuôn cao.  Hạn chế về chủng loại nguyên liệu đầu vào( hổn hợp nhựa hai thành phần)  Kích thước sản phẩm có phần bị hạn chế, thường dùng để tạo các sản phẩm có kích cở trung bình.  Công nghệ RRIM có hạn chế là chỉ dùng được sợi gia cường rất ngắn, dưới dạng bột hay sợi ngắn để bảo đảm hổn hợp nhựa sợi không bị nghẹt trong đường đi của hệ thống nên tính cơ lý của sản phẩm trên công nghệ. RRIM có phần hạn chế về đặc tính cơ lý. Ứng dụng NHÓM THỰC HIỆN: 5 17 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO RRIM có thể tạo sản phẩm từ đơn giản đến sản phẩm phức tạp, các sản phẩm có tính năng cao, có kích thước vừa phải và thường được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô, cano… Phương pháp RRIM là một lựa chọn phù hợp khi cần sản xuất với số lượng sản phẩm lớn trong thời gian ngắn. Một số sản phẩm công nghệ RRIM  Mô hình lọc sinh học nhỏ giọt 4.3.3.Ưu và nhược điểm Ưu điểm Đơn giản, linh hoạt trong thiết kế Nhược điểm Các tiêu chí thiết kế vẫn đang được xây dựng Vốn đầu tư thấp, nhất là đối với trường Tỉ lệ hòa tan khí vào pha lỏng hạn chết nên cần lưu ý thời gian lưu khí và cần hợp đã có sẵn vật liệu lọc phải hoàn lưu khí có mùi Có thể xử lý tới 500ppm H2S Cần phải thay vật liệu lọc định kỳ NHÓM THỰC HIỆN: 5 18 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Hạn chế sự acid hóa nếu trong trường hợp có bổ sung các vật liệu lọc chứa canxi Hiệu suất loại trừ hydrogen sulphite khoảng 60% Cần bảo dưỡng thiết bị do xảy ra sự ăn mòn vật liệu như bê tông Sự phát triển của sinh khối trong vật liệu lọc có thể làm giảm diện tích bê mặt riêng và làm tăng áp lực nhỏ giọt. Do đó cần bảo trì thường xuyên nhằm bảo đảm hoạt động của thiết bị trong thời gian dài. 4.3.4.Ứng dụng Mô hình lọc sinh học nhỏ giọt ứng dụng phổ biến cho xử lý mùi, khí thải hửu cơ: ( Toluen, Chlorobenzens và o – Dichlorobebzense), H2S và một hợp chất của lưu huỳnh, N-NH3 ,mercaptane,… Sơ đồ hệ thống trình bày như sau: Xử lý 95% H2S; 40-50% mercaptan, từ khí cống rảnh sau thời gian lưu nước 5 giây. NHÓM THỰC HIỆN: 5 19 GVHD: TRẦN ĐỨC THẢO Xử lý toluen bằng vi khuẩn pseudomonas trong mô hình lọc sinh học nhỏ giọt sử dụng môi trường dinh dưỡng nhân tạo bao gồm: glucose, dinh dưỡng, vi lượng. Trong mô hình trên, vi khuẩn tham gia phân hủy các hợp chất mạch vòng, giảm số vòng thơm. pH xử lý: 4,5 - 7, thời gian tiếp xúc: 1 phút. Hàm lượng toluen: 400ppm Với tốc độ dòng khí là 12,5 l/phút. Hiệu quả khử toluen đạt từ 75 -80%. Còn đối tốc độ dòng khí là 2,94 l/ phút. Hiệu quả khử đạt 94%. Áp suất ngập lụt: 3,3 kPa/m Thời gian thích nghi: 11-15 ngày. Mô hình gồm: Cột PVC, d = 10,3 cm; cao 147,6 cm; vòng rasching( yên ngựa), có diện tích bề mặt riêng 291 m2/m3Cột PVC, d=10,3 cm; cao: 147,6 cm; vòng raschig (yên ngựa) , có diện tích bề mặt riêng 291 m2/m3. . Hệ thống lên men (bằng thủy tinh): 6,8 lít. 4.4. Màng lọc sinh học 4.4.1. Quá trình hình thành màng sinh học NHÓM THỰC HIỆN: 5 20