Ứng dụng của Vi sinh vật trong xử lí Khí thải

Ứng dụng của Vi sinh vật trong xử lí Khí thải

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 cỏ

Ô 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

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

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 triển

Vỏ 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