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 bay hơi có nồng độ thấp.Hình dạng phổ biến của
Trang 1A Mục tiêu giải quyết tình huống
Cha ông ta thường có câu :
“Gần mực thì đen gần đèn thì rạng”
Thực vậy, môi trường xung quanh ta sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới cuộc sống và sự phát triển của con người Nếu môi trường xung quanh ta tốt thì ta sẽ được phát triển một cách thuận lợi.Ngược lại, nếu môi trường xung quanh không được tốt thì bản thân chúng ta sẽ không thể phát triển toàn diện một cách tốt nhất
Vì thế, ta có thể thấy được rằng môi trường có một vai trò quan trọng trong đời sống và sự phát triển của con người Đó là nơi chúng ta sinh ra và lớn lên.Thế nhưng hiện nay, môi trường sống xung quanh ta đang bị tàn phá một cách nghiêm trọng.Hậu quả của sự tàn phá ấy chính
là một phần hiện tượng Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ Có một thực tế đáng buồn là hiện tượng này không phải tự nhiên có mà là do chính những đứa con của Trái Đất – con người gây nên
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,
Từ trước đến nay, Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ là vấn
đề của toàn cầu, của cả cộng đồng quốc tế chứ không chỉ là trách nhiệm hay vấn đề của một quốc gia, một tập thể nào cả Đồng thời, Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ cũng là vấn đề đáng được quan tâm nhất hiện nay.Vậy nên đến với cuộc thi “Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn”, chúng em xin trình bày một số vấn đề về
Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
Trang 2B Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống
I Đối tượng nghiên cứu
- Ô nhiễm môi trường không khí và bảo vệ môi trường không khí
II Phương pháp nghiên cứu
- Tìm hiểu tình hình môi trường không khí hiện nay
- Tra cứu trên mạng những thông tin về ô nhiễm môi trường không khí: nguyên nhân, hậu quả của ô nhiễm môi trường
- Vận dụng kiến thức liên môn như: Sinh học, Hóa học, Địa lý, GDCD, Ngữ văn,… để giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường
III Thực trạng tình hình
1 Thực trạng
Ở Việt Nam ô nhiễm môi trường không khí đang là một vấn đề bức xúc đối với môi trường đô thị, công nghiệp và các làng nghề.Việt Nam nằm trong số 10 quốc gia có không khí ô nhiễm nhất thế giới, theo một nghiên cứu thường niên về môi trường do các trường đại học của Mỹ thực hiện và công bố tại Diễn đàn kinh tế thế giới ở Davos mới đây.Bảo vệ môi trường đô thị ngày càng có tầm quan trọng trong phát triển bền vững quốc gia, bởi vì dân số đô thị ngày càng đông, các hoạt động phát triển kinh tế
-xã hội của quốc gia ngày càng tập trung trong các đô thị.Mà những nguồn chính gây ô nhiễm không khí lại ở đây, là những hoạt động giao thông vận tải, các ngành công nghiệp, thủ công nghiệp và hoạt động xây dựng Theo đánh giá của các chuyên gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm tỷ lệ khoảng 70%.Xét các nguồn thải gây ra ô nhiễm không khí trên phạm vi toàn quốc, theo ước tính, hoạt động giao thông vận
Trang 3tải đóng góp tới gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs Trong khi đó, các hoạt động công nghiệp là nguồn đóng góp khoảng 70% khí SO2.Đối với NO2, hoạt động giao thông và hoạt động sản xuất công nghiệp có tỷ lệ đóng góp xấp xỉ nhau
2 Nguyên nhân
a Nguyên nhân tự nhiên.
Ô nhiễm môi trường không khí có rất nhiều nguyên nhân Nhưng
có hai nguyên nhân chủ yếu là do tác động của con người cùng với những tác nhân gây hại của thiên nhiên
Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu sunfua, mêtan và những loại khí khác, những luồng khí này tỏa ra rất
xa trong không khí, gây ô nhiễm trên diện rộng và có thể gây nên những cơn mưa acid Cháy rừng: các đám cháy rừng và đồng cỏ bởi các quá trình
tự nhiên xảy ra do sấm chớp, cọ sát giữa thảm thực vật khô như tre, cỏ Các đám cháy này thường lan truyền rộng, phát thải nhiều bụi và khí, gây
ô nhiễm cho môi trường Bão bụi gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất samạc, đất trồng và gió thổi tung lên thành bụi Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mang theo bụi muối lan truyền vào không khí Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên cũng phát thải nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khí sunfua, nitrit, các loại muối v.v Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí Không chỉ có thế ô nhiễm không khí còn do một phần bởi các hạt bụi được hình thành bởi một loạt các chất, chẳng hạn như phấn hoa, bụi và các chất hữu cơ khác
b Nguyên nhân nhân tạo
Trang 4Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông Nguồn ô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra:quá trình đốt nhiên liệu thải ra rất nhiều khí độc khi đi qua các ống khói của các nhà máy vào không khí Do sự bốc hơi, rò rỉ, thất thoát trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các đường ống dẫn tải Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể được hút và thổi ra ngoài bằng
hệ thống thông gió
Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: nhiệt điện; vật liệu xây dựng; hoá chất và phân bón; dệt và giấy; luyện kim; thực phẩm; các xí nghiệp cơ khí; các nhà máy thuộc ngành công nghiệp nhẹ; giao thông vận tải; bên cạnh đó phải kể đến sinh hoạt của con người Tăng mức độ carbon dioxide trong khí quyển là một trong những nguyên nhân chính của ô nhiễm không khí Các nhà máy điện, khí thải của ô tô, máy bay và các hoạt động khác của con người liên quan đến việc đốt xăng dầu và khí tự nhiên gây ảnh hưởng đến việc ô nhiễm không khí Các CFCs, một lớp của các hóa chất tổng hợp được sử dụng trong các chất làm lạnh và đẩy aerosol, đã gây ra lỗ hổng trên tầng ozone của Trái đất Việc sử dụng của hóa chất bị cấm có liên quan với sự gia tăng mức độ
ô nhiễm không khí Sulfur dioxide là một trong các thành phần của khói, liên quan đến ô nhiễm bầu khí quyển của Trái đất Hóa chất tổng hợp này
là nguyên nhân chính của mưa axit Phát triển giao thông, vận tải và giao thông hàng không là một lý do khác liên quan đến việc gây ô nhiễm không khí
Ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người
mà những biểu hiện dễ nhận thấy là chảy nước mắt, đỏ mắt, ho, thở khò khè… Mức độ ảnh hưởng tùy thuộc vào tình trạng sức khỏe của từng
Trang 5người, vào nồng độ của loại chất gây ô nhiễm và thời gian tiếp xúc Phụ
nữ mang thai và trẻ em nếu tiếp xúc với không khí ô nhiễm trong khoảng thời gian dài sẽ có nguy cơ bị tổn hại sức khỏe lâu dài, ở mức độ nghiêm trọng hơn Những tác động xấu của ô nhiễm không khí không chừa bất cứ
ai là đẩy nhanh quá trình lão hóa, giảm chức năng của phổi, dễ mắc các bệnh hen suyễn, viêm phế quản, thậm chí có thể bị ung thư
Ô nhiễm không khí gây ảnh hưởng tai hại cho tất cả sinh vật Lưu huỳnh đioxit, Nitơ đioxit, ozon, fluor, chì… gây hại trực tiếp cho thực vật khi đi vào khí khổng, làm hư hại hệ thống giảm thoát nước và giảm khả năng kháng bệnh Ngăn cản sự quang hợp và tăng trưởng của thực vật; giảm sự hấp thu thức ăn, làm lá vàng và rụng sớm Đa số cây ăn quả rất nhạy đối với HF Khi tiếp xúc với nồng độ HF lớn hơn 0,002 mg/m3 thì lá cây bị cháy đốm, rụng lá Sự nóng lên của Trái đất do hiệu ứng nhà kính cũng gây ra những thay đổi ở động - thực vật trên Trái đất
3 Những thuận lợi và khó khăn khi nghiên cứu và giải quyết tình huống
Thuận lợi
- Nhận được sự giúp đỡ từ các thầy cô giáo bộ môn: Sinh học, Hóa học, Địa
lý hay Ngữ văn,…
- Các thông tin về nguyên nhân, hậu quả của ô nhiễm môi trường đều có thể tra cứu trên internet hay báo, sách vở,…
Khó khăn
- Khi đi tìm hiểu thực tế có rất nhiều bất tiện: nhiều nơi môi trường không khí không sạch sẽ,…
- Kinh phí cho việc tìm hiểu thực tế còn chưa đáp ứng đủ
C Giải pháp giải quyết
Trang 6- Lọc không khí bằng phương pháp lọc sinh học.
- Xử lý khí thải bằng công nghệ Biofilter với giá thể vỏ dừa
D Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống
1 Lọc không khí bằng phương pháp lọc sinh học ( Vận dụng kiến thức liên
môn: Sinh học, Hóa học, Ngữ văn,… để giải quyết vấn đề)
Hình ảnh minh họa về 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 bay hơi có nồng độ thấp.Hình dạng phổ biến của một hệ thống lọc sinh học giống như một cái hộp lớn, một vài hệ thống có thể lớn bằng sân bóng rổ, một vài hệ thống có thể nhỏ độ một yard khối (0,76 m3) 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, đây là mọt màng ẩm, mỏng bao quanh các nguyên liệu lọc Trong quá trình lọc, khí thải được
Trang 7bơm 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 hữu cơ gây ô nhiễm + O2 à CO2 +H2O + nhiệt + sinh khối
Mô tả 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 sao 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
Trang 8 Nguyên liệu lọc:
- 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 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
2 Xử lí khí thải bằng công nghệ Biofilter với giá thể vỏ dừa.
Công nghệ Biofilter (lọc sinh học) 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 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
Trang 9Vỏ 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 và CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối
Trang 10Hình ảnh minh họa vỏ đừa dùng trong công nghệ Biofilter.
Trong quá trình xử lý khí thải bằng công nghệ biofilter, 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%
Nguyên liệu lọc khí là vỏ dừa.
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 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
Trong hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ biofilter xơ dừa có tuổi thọ từ 2 - 5 năm trước khi phải thay mới
Dữ liệu thiết kế xử lí khí thải bằng công nghệ Biofilter.
Diện tích: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ biofilter cần diện tích lớn Để xử lý lưu lượng khí khoảng 100.000m3 khí/h, một
hệ thống xử lý khí thải bằng công nghệ biofiltercó thể cần diện tích gần bằng 100m2 Thành phần hóa học và hàm lượng của chất ô nhiễm trong khí thải: Phân tích thành phần hóa học và hàm lượng của nó trong khí thải
