Ứng dụng của Vi sinh vật

trong xử lí Khí thải

Sơ lược Ô Nhiễm Môi Trường

Khái niệm:

Ô nhiễm môi trường là tình trạng môi trường bị ô nhiễm bởi các chất hóa học, sinh học... gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người, các cơ thể sống khác.

Ô nhiễm môi trường là do con người và cách quản lý của con người.

Các dạng ô nhiễm• Ô nhiễm nước xảy ra khi nước bề mặt chảy qua

rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm.

• Ô nhiễm phóng xạ• Ô nhiễm tiếng ồn, bao gồm tiếng ồn do xe cộ,

máy bay, tiếng ồn công nghiệp• Ô nhiễm sóng, do các loại sóng như sóng điện

thoại, truyền hình... tồn tại với mật độ lớn.

Ô nhiễm không khíÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxítÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnhÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbonÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ôzôn quang hóaÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ôzôn quang hóa và khói lẫn sươngÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơÔ nhiễm không khí, việc xả khói chứa bụi và các chất hóa học vào bầu không khí. Ví dụ về các khí độc là cacbon mônôxít, điôxít lưu huỳnh, các chất cloroflorocacbon (CFCs), và ôxít nitơ là chất thải của công nghiệp và xe cộ. Ôzôn quang hóa và khói lẫn sương (smog) được tạo ra khi các ôxít nitơ phản ứng với nước trong không khí ( chính là sương ) xúc tác là ánh sáng mặt trời.

Ô nhiễm ánh sáng,hiện nay con người đã sử dụng các thiết bị chiếu sáng một cách lãng phí ảnh hưởng lớn tới môi trường như ảnh hưởng tới quá trình phát triển của động thực vật

Ô nhiễm đấtÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sảnÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbonÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặngÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBEÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏÔ nhiễm đất xảy ra khi đất bị nhiễm các chất hóa học độc hại (hàm lượng vượt quá giới hạn thông thường)do các hoạt động chủ động của con người như khai thác khoáng sản, sản xuất công nghiệp, sử dụng phân bón hóa học hoặc thuốc trừ sâu quá nhiều,... hoặc do bị rò rỉ từ các thùng chứa ngầm. Phổ biến nhất trong các loại chất ô nhiễm đất là hydrocacbon, kim loại nặng, MTBE, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, và các hydrocacbon clo hóa

Ô nhiễm môi trường không khí

• Ô nhiễm môi trường không khí là sự có mặt một chất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho không khí không sạch hoặc gây ra sự tỏa mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa do bụi.

• Hiện nay, ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phải riêng của một quốc gia nào. Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật. Hàng năm con người khai thác và sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt. Đồng thời cũng thải vào môi trường một khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ các nhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.

Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiều bệnh cho con người. Nó còn tạo ra các cơn mưa axít làm huỷ diệt các khu rừng và các cánh đồng.

Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như: CO2, đã gây hiệu ứng nhà kính. Theo nghiên cứu thì chất khí quan trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO2, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhà kính, CH4 là 13%,, Nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầng bình lưu là 3%...

Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đất tăng 0,40 °C. Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khí hậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽ tăng thêm 1,5 – 4,50 °C nếu như con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phục hiện tượng hiệu ứng nhà kính.

Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn. CFC là "kẻ phá hoại" chính của tầng ôzôn. Sau khi chịu tác động của khí CFC và một số loại chất độc hại khác thì tầng ôzôn sẽ bị mỏng dần rồi thủng.

Xung quanh lỗ thủng ozon

Ô nhiễm không khí

Hiện tượng Mưa axit

Đối với sức khỏe con người

Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người. Ô nhiễm ozone có thể gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm họng, đau ngực, tức thở.

Ô nhiễm nước gây ra xấp xỉ 14.000 cái chết mỗi ngày, chủ yếu do ăn uống bằng nước bẩn chưa được xử lý. Các chất hóa học và kim loại nặng nhiễm trong thức ăn nước uống có thể gây ung thư. Dầu lan có thể gây ngứa rộp da. Ô nhiễm tiếng ồn gây điếc, cao huyết áp, trầm cảm và bệnh mất ngủ, gây nhiều hậu quả nghiêm trọng

Các bệnh do ô nhiễm không

khí gây ra

Phương pháp xử lí khí thải

Phương pháp vi sinh vật làm sạch không khí khác với các phương pháp làm sạch hóa học và lý học bởi khả năng tiến hành quá trình này ở nhiệt độ bình thường và dưới áp suất khí quyển.

Có ba kiểu hệ thống làm sạch không khí bằng phương pháp sinh học:

• Tấm lọc sinh học (Bio-filter)• Các thiết bị làm sạch sinh học • Các Biocreator chứa các màng lọc polimer

Tấm lọc sinh học biofilter

Thành phần chính của bio-filter là lớp lọc, trên đó xảy ra quá trình hấp thụ các chất độc từ không khí bị nhiễm bẩn và sau đó phân hủy chúng bằng các vi sinh vật. Khi cần làm sạch được đưa vào bằng quạt gió.

Người ta thường sử dụng phân ủ than bùn và các chất có nguồn gốc tự nhiên tương tự để làm vật liệu cho lớp lọc. Bản thân những vật liệu nói trên có chứa những chất khoáng cần thiết để nuôi dưỡng vi khuẩn.

Nguyên tắc hoạt động của các bio-scrubber khác với bio-filter ở chỗ là các chất độc được hấp thụ bằng nước và bị phân hủy lần lượt bởi vi sinh vật nằm trong các thiết bị khác nhau.

Thành phần cấu tạo quan trọng nhất của bio-scrubber là thiết bị hấp thụ (absorber) là nơi diễn ra sự trao đổi khối lượng chất giữa khí thải nhiễm bẩn và chất hấp thụ.

Khi thiết kế bất kì kiểu absorber nào người ta cũng đặc biệt chú ý đến việc làm tăng diện tích bề mặt phân chia phase, là yếu tố quyết định hiệu quả việc hấp thụ.

Bên trong absorber các chất độc và oxy di chuyển vào nước, do đó khí thoát ra khỏi absorber sẽ ở dạng được làm sạch, còn nước ở trạng thái nhiễm bẩn.

Các Biocreator chứa các màng lọc polimer

Những bioreactor có chứa các màng polymer gắn tế bào sinh vật (người ta còn gọi chúng là bioreator bọc lớp rửa) là những hệ thống làm sạch tiên tiến nhất. Việc làm sạch chất độc diễn ra cũng nhờ vào hoạt tính enzyme của tế bào vi sinh được cố định trên màng.

Đôi khi thay thế vào chỗ các tế bào người ta cố định enzyme lên các màng polymer nói trên. Tuy nhiên để thực hiện các quy trình công nghệ người ta chủ yếu chỉ sử dụng các tế bào vi sinh vật cố định

Màng lọc polyme

Ưu thế:

Trong số các ưu thế về mặt công nghệ khác phải kể tới mức độ ổn định cao của enzyme trong tế bào vi sinh vật so với enzyme được tách từ tế bào

Cũng như khả năng tái sinh tự nhiên cofactor trong trường hợp sử dụng các phế phẩm enzyme tinh khiết trong các quy trình sản xuất lớn sẽ đòi hỏi chi phí rất cao kèm theo các thiết bị công nghệ phức tạp.

Có thể xảy ra phản ứng phụ do sự có mặt trong tế bào một lượng lớn các enzyme khác nhau. So với chế phẩm enzyme không tan, hoạt động enzyme trong tế bào vi sinh vật tính trên đơn vị diện tích bề mặt của bioreator sẽ thấp hơn.

Protease có mặt trong tế bào có thể gây ra sự biến tính của enzyme, ngoài ra các tế bào cố định cũng tạo ra sự cản trở khuếch tán bổ sung.

Nhược điểm:

Nguyên tắc

Trong các hệ thống hiện đại rất phổ biến các chất mang polymer ở dạng lỗ hoặc ở dạng sợi có gắn các tế bào vi sinh vật và được sắp xếp một cách đặc biệt trong container. Không loại trừ khả năng cố định các tế bào vi sinh vật trên chất mang vô cơ

Các tế bào vi sinh vật cố định trên chất mang được nhồi vào thiết bị chứa container nhỏ như hình viên đạn, nước cùng muối khoáng cần thiết cho tế bào vi sinh vật sẽ đưa vào các container này.

Các chất cần phân hủy có mặt trong không khí bẩn khi đii qua lớp xúc tác sinh học sẽ phân bố giữa phase khí và màng nước bọc các hạt xúc tác, chúng sẽ khuếch tán qua màng này và sau đó bi phân rã trong lớp xúc tác sinh học.

Tốc độ phản ứng

Tốc độ làm sạch không khí có thể bị giới hạn hoặc bởi sự khuếch tán của cơ chất từ phase khí qua màng nước vào hạt xúc tác, hoặc bởi tốc độ phân rã của chúng do các tế bào vi sinh vật gây ra.

Tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào bản chất và nồng độ của chất khuếch tán ở ranh giới phía ngoài và phía trong màng nước.

Còn tốc độ phân rã chúng lại phụ thuộc vào hoạt động của hệ enzyme ở tế bào vi sinh vật thực hiện qua trình này. Nếu xảy ra sự phân rã toàn bộ các chất khuếch tán qua màng nước nhờ enzyme, thì điều đó có nghĩa là quá trình này hoạt động ở chế độ khuếch tán.

Điều này có thể xét đoán theo ảnh hưởng của chất mang và nồng độ sinh khối lên khả năng phân hủy. Mức độ biến đổi cơ chất phản ánh quá trình làm sạch khí, sẽ bị giảm khi tốc độ dòng khí tăng.

Xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter với giá thể Vỏ dừa

Xử lí khí thải bằng công nghệ Bioficter (dùng vi sinh khử ) là một biện pháp xử lý ô nhiễm khí thải có chi phí đầu tư thấp, vận hành rẻ và thân thiện môi trường, nó phương pháp thích hợp để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp như nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, tinh bột sắn, sản xuất cồn, sản xuất chitin….

Vỏ dừa là một nguyên liệu rất dễ tìm thấy tại đất nước chúng ta. Trái dừa khô được tách bỏ lớp vỏ  bên ngoài để dễ dàng vận chuyển hơn đến nhà máy sản xuất hoặc đến tay người tiêu dùng. Lớp vỏ bỏ đi đó thực chất lại là một nguyên liệu quý báu để dùng làm vật liệu giá thể sinh học cho vi sinh vật phát triểnVỏ Dừa

Mô tả quá trình xử lý 

Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất khí có mùi hôi và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống lọc là một bể kín dựng vỏ dừa cho  các vi sinh vật trú ẩn và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc.

Vỏ dừa có khả năng hấp thụ nước lớn, độ bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua nó. Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học" (Biocube) .

Việc sử dụng nhiều lớp vỏ dừa lọc khí kiểu này hạn chế được việc các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí xuyên thành những đường thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc. Nguyên tắc chính của hệ thống xử lý là tạo điều kiện cho sinh khối tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải càng nhiều càng tốt.

Vỏ dừa là  nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho các vi sinh vật. Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học (biofilm), đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các vỏ dừa.

Trong quá trình lọc, khí thải được bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc, các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các nguyên liệu lọc hấp thụ cơ chế của quá trình lọc sinh học bao gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật.

Các vi sinh vật trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dưỡng các chất ô nhiễm. Các chất khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học, tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng để tạo nên năng lượng và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O các loại muối theo phương trình sau:

Không khí ô nhiễm + O2 —> CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối

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 hủy. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc.

Hệ thống lọc sinh học của chúng tôi thiết kế có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90%.

Hình ảnh nhà máy sử dụng Công nghệ Biofilter

Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Nguyên liệu lọc này nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm.

Nguyên liệu lọc: Vỏ Dừa

Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Trong quá trình vận hành khí thải có thể thiếu hụt dưỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho. Xơ dừa có tuổi thọ từ 2 – 5 năm trước khi phải thay mới.

Khả năng giữ ẩm của vỏ dừa 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 khác như độ ổn định lý học và dễ dàng thao tác. Vỏ  dừa có khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật và không gây giảm áp luồng khí nhiều. Vỏ dừa là nguyên liệu sẵn có tại VN và bề mặt tiếp xúc với khí thải rất lớn(350-450m2/m3). Thêm vào đó, ẩm độ của các nguyên liệu lọc phải được duy trì ở mức 30 – 60% cho quần thể các vi sinh vật phát triển.

Tạo lớp màng sinh học

Bên cạnh thiết bị làm ẩm khí thải, người ta thường lắp đặt hệ thống phun nước cho các lớp nguyên liệu lọc 

Ưu điểm : + Ưu điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành

thấp, ít sử dụng hóa 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 xử lý thường lớn hơn 90% đối với các khí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.+ Nguyên liệu sẵn có, giá thành rẽ và dễ thay thế. 

Khuyết điểm :  + Hệ thống lọc sinh học khó xử lý được các chất ô nhiễm

có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ như các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor.  + Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.

  + Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý của chúng.  + Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần, đặc biệt là đối với việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi nên cần người vận hành am hiểu kỹ thuật nuôi cấy vi sinh.

Xử lí Khí thải bằng phương pháp Màng sinh

học

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 hủy. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc.

Hầu hết những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lý được những khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp và lưu lượng khí xử lý nhỏ

Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học.

Cơ chế của quá trình lọc sinh học bao gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật. Các vi sinh vật trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dưỡng các chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm cuối cùng là nước, CO2 và các loại muối.

Màng lọc sinh hoc

Nguyên liệu lọc

Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất, cây thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm.

Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Một vài loại nguyên liệu lọc không đáp ứng được về nhu cầu dưỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho.

Các nguyên liệu lọc thường có tuổi thọ từ 5 - 7 năm trước khi phải thay mới.

Phương pháp chọn nguyên 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 khác như độ ổn định lý học

và dễ dàng thao tác.

Ưu điểm· Ưu điểm chính là giá thành thấp, giá vận

hành thấp, ít sử dụng hóa 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 xử lý thường lớn hơn 90% đối với các khí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.

· 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 hủy sinh học chậm ví dụ như các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor.

· Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.

· Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý của chúng.

· Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là đối với việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi.

Lọc không khí bằng

phương pháp lọc sinh học

Lọc sinh học là một biện pháp xử lý ô nhiễm tương đối mới. Đây là một phương pháp hấp dẫn để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp.

Nguyên tắc chính của hệ thống xử lý là tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải. Hệ thống lọc khí thải này là nơi chứa các nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho các vi sinh vật. Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học (biofilm), đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu lọc.

Trong quá trình lọc, khí thải được bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc, các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các nguyên liệu lọc hấp thụ. Các chất khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học, tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng để tạo nên năng lượng và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O theo phương trình sau:

Chất gây ô nhiễm + O2 ---> CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối

Trong khi việc sử dụng các hệ thống lọc sinh học chưa được phổ biến ở Mỹ thì hàng trăm hệ thống lọc sinh học đã được ứng dụng thành công và có hiệu quả ở Châu Âu (Hà Lan, Tân Tây Lan, Đức) và Nhật Bản.

Hệ thống lọc sinh học trước đây thường được thiết kế để xử lý mùi của các hệ thống xử lý nước thải, các nhà máy tái chế, quá trình ủ phân compost. Sau đó, nó được ứng dụng phổ biến trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các hợp chất hữu cơ khác.

Lịch sử:

Sau đây là một số mốc lịch sử của việc phát triển hệ thống lọc sinh học:· 1923 Phương pháp xử lý sinh học được đề nghị sử dụng để xử lý các chất khí có mùi hôi.· 1955 Phương pháp xử lý sinh học được áp dụng để xử lý các chất khí có mùi hôi ở nồng độ thấp ở Đức.· 1960 Hệ thống lọc sinh học được sử dụng để xử lý các chất khí ô nhiễm ở Đức và Mỹ.· 1970 Hệ thống lọc sinh học đạt được những thành quả cao ở Đức.· 1980 Hệ thống lọc sinh học được sử dụng để xử lý các chất khí độc và các hợp chất hữu cơ bay hơi của các ngành công nghiệp.· 1990 Hiện nay, hơn 500 hệ thống lọc sinh học đang hoạt động tại Đức, Hà Lan và phổ biến rộng ở Mỹ.

Việc xử lý mùi hôi đã được tiến hành từ những năm 1950 và lúc đó người ta thường sử dụng hệ thống lọc qua đất, hay bể lọc sinh học nhỏ giọt. Các chất khí có mùi hôi thường là hydrogen sulphite hay mercaptant và các hợp chất sulfur khác.

Việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi mới được áp dụng gần đây và trở nên phổ biến trong thập kỷ vừa qua và hiện nay còn đang được tiến hành nghiên cứu sâu thêm.

Ví dụ, hiện nay một số nghiên cứu đã chứng minh được là các hệ thống lọc sinh học có thể dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ có nhân thơm và các hợp chất béo, cồn, aldehydes, acid hữu cơ, acrylate, acid carbolic, amines và ammoniac.

Quá trình xử lí

Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất khí có mùi hôi và các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong khí thải. 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. Nguyên liệu lọc được thiết kế sau cho có khả năng hấp thụ nước lớn, độ bền cao, và ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua nó

Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học" (Biocube) được thiết kế bởi EG&G Corporation có kích thước cao khoảng 7 ft và đường kính khoảng 6 ft. Việc sử dụng nhiều lớp nguyên liệu lọc kiểu này hạn chế được việc các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí xuyên thành những đường thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự thuận lợi trong việc bảo trì hay thay mới nguyên liệu lọc.

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 hủy. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc.

Hầu hết những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý mùi và các chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là chỉ xử lý được những khí thải có nồng độ chất ô nhiễm thấp (<1000ppm) và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm trong giới hạn 300-500 ft3/ft2-giờ.

Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học.

Cơ chế của quá trình lọc sinh học bao gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh vật. Các vi sinh vật trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dưỡng các chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm cuối cùng là nước, CO2 và các loại muối.

Nguyên liệu lọc

Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất, cây thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm.

Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật. Một vài loại nguyên liệu lọc không đáp ứng được về nhu cầu dưỡng chất cho vi sinh vật, do đó chúng ta phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp chất đạm và phospho.

Các nguyên liệu lọc thường có tuổi thọ từ 5 - 7 năm trước khi phải thay mới.

Các nguyên liệu này phải có khả năng cung cấp chất dinh dưỡng cho vi sinh vật và không gây giảm áp luồng khí nhiều. Thêm vào đó, ẩm độ của các nguyên liệu lọc phải được duy trì ở mức 30 - 60% để cho quần thể các vi sinh vật phát triển. Do đó, bên cạnh thiết bị làm ẩm khí thải, người ta thường lắp đặt hệ thống phun nước cho các lớp nguyên liệu lọc.

Phương pháp chọn nguyên 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 khác như độ ổn định lý học

và dễ dàng thao tác.  

Ưu điểm:

• Ưu điểm chính là giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa 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 xử lý thường lớn hơn 90% đối với các khí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.

• 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 hủy sinh học chậm ví dụ như các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor.• Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.• Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý của chúng.• Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là đối với việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi.

Bộ lọc sinh học giúp giảm ô nhiễm

Các nhà nghiên cứu từ ĐH Khoa học và công nghệ Shahjalal (Bangladesh) vừa tìm ra phương pháp mới lọc khí thải từ ngành công nghiệp sản xuất phân bón khá thân thiện với môi trường: lọc sinh học.

Trước đây, việc loại bỏ khí thải độc hại và có mùi amonic (mùi nước tiểu) từ công nghiệp sản xuất phân bón là một quá trình tốn kém và hao tốn năng lượng.

Phương pháp:

Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu ĐH Khoa học và công nghệ Shahjalal đã dùng vi khuẩn Nitrosomonas europaea kết hợp loại gỗ than rẻ tiền để tạo ra một bộ lọc sinh học. Vi khuẩn này sử dụng amoniac như nguồn năng lượng để trao đổi chất, tăng trưởng và sinh sản, sẽ hấp thu amoniac và oxy hóa chúng thành nitric.

Nhóm nghiên cứu cho biết bộ lọc sinh học này có thể hoạt động ở nồng độ amoniac từ 100-500mg/L khí thải, loại bỏ amonic từ dòng khí này gần như hoàn toàn, với tỉ lệ 93% trong bảy ngày.

Theo Science Daily, phát hiện trên có ý nghĩa quan trọng do giúp giảm ô nhiễm từ các nhà máy phân bón ở các nước đang phát triển.

Nitrosomonas europaea thường được tìm thấy trong đất, nước thải, nước ngọt và trên các tòa nhà, đài kỷ niệm trong các thành phố bị ô nhiễm.

Xử lý nitơ trong nước thải sẽ làm sạch không khí

Trước khi xả nước ra sông và biển, các nhà máy xử lý nước thải đã biến đổi về mặt hóa học các dưỡng chất có chứa nitơ hòa tan để hạn chế tác động đến môi trường nước.

Hiện nay, theo báo cáo của các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ, thì việc cắt giảm lượng nitơ có khả năng phản ứng trong nước thải, sẽ làm sạch khí quyển bằng cách giảm phát thải nitơ oxit (N2O), một loại khí nhà kính có tác động mạnh. Các nhà nghiên cứu cho rằng, biện pháp xử lý bổ sung này có thể được bù đắp một phần nhờ giảm sử dụng năng lượng của nhà máy và tăng doanh thu từ các thị trường giao dịch khí thải.  

Các nhà máy xử lý nước thải đã sử dụng các vi khuẩn chuyển đổi các hóa chất thành các dạng ít độc hại hơn, chẳng hạn như nitrat để hạn chế phát thải các dạng ni tơ gây thiệt hại lớn cho môi trường. Nhưng do qui trình này không loại bỏ nitơ trong nước, nên vi khuẩn trong môi trường có thể tiêu thụ nitơ và sản sinh ra N2O. Theo đánh giá của Ủy ban liên chính phủ về biến đổi khí hậu, về lâu dài, N2O gây tác động nóng lên toàn cầu mạnh hơn gấp 300 lần so với CO2

Một phương pháp xử lý nước gọi là khử nitơ có thể loại bỏ khả năng nước thải hình thành N2O bằng cách sử dụng nhiều vi khuẩn khác nhau để chuyển đổi nitrat thành khí N2 trơ. Tuy nhiên, hầu hết các nhà máy không thực hiện qui trình này vì chỉ có một số bang yêu cầu và vì còn liên quan đến việc xây dựng cơ sở hạ tầng.

Cảm ơn thầy cô và các bạn