BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ H2S TRONG KHÍ THẢI CÓ SỬ DỤNG VI KHUẨN OXY HÓA LƯU HUỲNH

BỘ CÔNG THƯƠNG NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THUỘC ĐỀ ÁN PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM ĐẾN NĂM 2015, TẦM NHÌN ĐẾN NĂM 2025 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

BỘ CÔNG THƯƠNG

NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THUỘC

ĐỀ ÁN PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

ĐẾN NĂM 2015, TẦM NHÌN ĐẾN NĂM 2025

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ H 2 S TRONG KHÍ THẢI

CÓ SỬ DỤNG VI KHUẨN OXY HÓA LƯU HUỲNH

MÃ SỐ ĐỀ TÀI:

Cơ quan chủ trì đề tài:

Viện Khoa học công nghệ và Quản lý môi trường

Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Khánh Hoàng

Hà Nội- 2012

BỘ CÔNG THƯƠNG

NHIỆM VỤ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THUỘC

ĐỀ ÁN PHÁT TRIỂN NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÔI TRƯỜNG VIỆT NAM

ĐẾN NĂM 2015, TẦM NHÌN ĐẾN NĂM 2025

BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ XỬ LÝ H 2 S TRONG KHÍ THẢI

CÓ SỬ DỤNG VI KHUẨN OXY HÓA LƯU HUỲNH

TS Nguyễn Khánh Hoàng TS Ngô Trung Sơn

Ban điều hành chương trình Bộ Công Thương

VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

VÀ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh., ngày tháng năm 2012

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

2 Chủ nhiệm đề tài/dự án:

Họ và tên: Nguyễn Khánh Hoàng

Ngày, tháng, năm sinh: 17-10-1966 Nam/ Nữ: Nam

Học hàm, học vị: Tiến Sỹ

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên Chức vụ: Giảng viên

Điện thoại: Nhà riêng: 08.39892105 Mobile: 0908146523

Tên tổ chức chủ trì đề tài: Viện KHCN và QLMT

Điện thoại: (84.8) 2443044 Fax: (84.8) 3588 6370

E-mail: iesem.iesemhui.org

Website: www.iesemhui.org

Địa chỉ: 12 Nguyễn Văn bảo, phường 4, Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh

Họ và tên thủ trưởng tổ chức: TS Ngô Trung Sơn

Số tài khoản: 931.01.09.00010

Ngân hàng: Kho bạc nhà nước Quận Gò Vấp

Tên cơ quan chủ quản đề tài: Bộ Công Thương

II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN

1 Thời gian thực hiện đề tài/dự án:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 01 năm 2011 đến tháng 12 năm 2012

- Thực tế thực hiện: từ tháng 01năm 2011 đến tháng 12 năm 2012

2 Kinh phí và sử dụng kinh phí:

a) Tổng số kinh phí thực hiện : 1.110 tr.đ, trong đó:

+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1.110 tr.đ

+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0.tr.đ

Số

TT

(Số đề nghị quyết toán)

Thời gian

(Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

Thời gian (Tháng, năm)

Kinh phí (Tr.đ)

c) Kết quả sử dụng kinh phí theo các khoản chi:

Đối với đề tài:

Đơn vị tính: Triệu đồng

Số

TT

Nội dung các khoản chi

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:

(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)

Số

TT

Số, thời gian ban

1 1030/QĐ-TTg ngày

20/7/2009

Phê duyệt đề án phát triển ngành công

nghiệp môi trường

Đồng ý thay đổi địa điểm thử nghiệm

4 Tổ chức phối hợp thực hiện đề tài, dự án:

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Khảo sát thiết bị trên khí thải từ hầm phân hủy kị khí

nước thải Bình Hưng

Cung cấp nơi lắp đặt thử nghiệm thiết bị

Khảo sát khí thải từ bể thu gom nước thải đô thị

- Lý do thay đổi (nếu có):

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:

(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá 10 người kể cả chủ nhiệm)

Số

TT

Tên cá nhân đăng ký

theo thuyết minh

Tên cá nhân đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chính

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú*

1 Nguyễn Khánh

Hoàng

Nguyễn Khánh Hoàng

Chủ nhiệm

đề tài

Tổng hợp

2 Trương T.Thu

Hương

Trương T Thu Hương

Khảo sát nguồn thải

6 Nguyễn Thạch Minh Nguyễn Thạch Minh Thiết kế Nội dung 5

và nội dung 6

7 Quan Quốc Đăng Quan Quốc Đăng Khảo sát

tính chất VSV

Nội dung 3

và nội dung 4

8 Hồ Thiên Hoàng

đánh giá vi sinh vật

Nội dung

2, và nội dung 3

Lý do thay đổi ( nếu có):

-Phạm Huy chuyển công tác qua cơ quan khác

6 Tình hình hợp tác quốc tế:

Số

TT

Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí,

địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số

đoàn, số lượng người tham

gia )

Thực tế đạt được

(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham

gia )

Ghi chú*

1

2

- Lý do thay đổi (nếu có):

7 Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị:

1 Kết quả thử nghiệm thiết bị trên

khí thải từ bể phân hủy kị khí

Kết quả thử nghiệm thiết bị trên khí thải từ bể phân hủy kị khí tại trại chăn nuôi An Phước

2 Kết quả thử nghiệm thiết bị trên

khí thải từ bể gom

Kết quả thử nghiệm thiết bị trên khí thải từ bể gom nước của nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng

- Lý do thay đổi (nếu có):

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:

Số

TT

Các nội dung, công việc

chủ yếu (Các mốc đánh giá chủ yếu)

Thời gian

(Bắt đầu, kết thúc) Người,

cơ quan thực hiện

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

1 Điều tra, đánh giá nguồn phát

sinh khí H2S nhằm mục đích

lựa chọn đối tương áp dụng

1-3 8-12 Trương Thị Thu

Hương, Nguyễn Khánh Hoàng

2 Phân lập, lựa chọn, thuần khiết

và khảo sát khả năng xử lý

H2S của vi khuẩn oxy hóa lưu

huỳnh trong môi trường tự

nhiên

Hoàng; Lê Hồng Thía

3 Phân tích và đánh gía điều

kiện phát triển của vi khuẩn Vi

khuẩn oxy hóa lưu huỳnh

(SOB) được lựa chọn

Hoàng; Lê Hồng Thía

4 Xây dựng quy trình thu nhận

sinh khối tế bào và tạo màng

sinh học sử dụng cho quá trình

xử lý

10-14 10-14 Nguyễn Khánh

Hoàng; Lê Hồng Thía, Quan Quốc Đăng

5 Nghiên cứu xác định các thông

số kỹ thuật và tính toán thiết

kế thiết bị xử lý H2S quy mô

phòng thí nghiệm

7- 14 7- 14 Nguyễn Thạch

Minh, Nguyễn Khánh Hoàng; Nguyễn Kính;

6 Thiết kế chế tạo thiết bị xử lý

H2S quy mô Pilot cho nguồn

- Lý do thay đổi (nếu có):

+Thời gian khảo sát nguồn phát thải cần phải được sự đồng ý của các chủ cơ sở vì thế chậm hơn so với tiến độ

+Thời gian phân lập kéo dài hơn dự kiến vì phải thu mẫu trong cả hai mùa

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN

1 Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:

1 Vi khuẩn oxy hóa lưu

vi khuẩn oxy hóa lưu

huỳnh quy mô phòng

thí nghiệm

3 Thiết bị xử lý khí H2S

trong khí thải sử dụng

vi khuẩn oxy hóa lưu

huỳnh quy mô pilot

1 Quy trình bảo quản giống vi

khuẩn oxy hóa lưu huỳnh

dung 4 (4.1, 4.2 và 4.3)

2 Quy trình thu nhận sinh khối

tế bào vi khuẩn oxy hóa lưu

những vi khuẩn oxy hóa H2S

được lựa chọn trong quá

học và Công nghệ -Tạp chí Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

of Chemistry (SCIWT 2012)

- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:

Thực tế đạt được

646/QĐ-ĐHCN

- Lý do thay đổi (nếu có):

đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp:

Số

TT

Tên sản phẩm đăng ký

(Thời gian kết thúc)

Theo

kế hoạch

Thực tế đạt được

1

Quy trình thu nhận sinh

khối tế bào và tạo màng

sinh học sử dụng cho quá

trình xử lý H2S bằng vi

khuẩn SOB

BN hồ sơ 1-2012-03539

SC ngày 27/11/2012

SC ngày

27/11/2012

e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế

Xử lý triệt để khí H2S có trong khí sinh ra từ bể gom

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:

(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ công nghệ so với khu vực và thế giới…)

Kết quả nghiên cứu của đề tài đã đạt được một số hiệu quả về mặt khoa học công nghệ như sau:

-Đã phân lập và nghiên cứu đặc điểm của vi khuẩn oxy hóa trong tự nhiên Đây là những vi sinh vật bản địa có thể sử dụng làm tác nhân vi sinh vật trong thiết bị xử lý khí H2S

-Đã xây dựng được quy trình tạo chế phẩm sinh học sử dụng trong thiết bị xử lý từ phòng thí nghiệm đến sản xuất bao gồm các khâu: Bảo quản; phục hồi; tăng sinh và các điều kiện phục vụ quá trình tạo sinh phẩm (môi trường; pH; nhiệt độ nuôi cấy) -Kết quả nghiên cứu đã tạo ra được một thiết bị xử lý H2S trong khí thải dạng modul với hiệu quả xử lý khá cao Bộ bản vẽ thiết kế có thể sử dụng để triển khai sản xuất thiết bị khi có nhu cầu

-Quá trình thử nghiệm thiết bị xử lý trên các đối tượng nguồn phát thải chỉ ra hướng ứng dụng của thiết bị trên nguồn phát thải khí H2S từ các bể gom nước thải sinh hoạt quy mô lớn Đây là một đối tượng không được đề cập đến trong đề cương nghiên cứu nhưng là một nguồn phát thải H2S rất lớn do thời gian lưu của nước thải trong hệ thống thu gom kéo dài Thiết bị hiện đang triển khai tại trạm bơm Đồng Diều cho kết quả rất khả quan giúp giải quyết nguồn ô nhiễm cho nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị -Ứng dụng công nghệ sinh học vào xử lý môi trường là một hướng nghiên cứu rất đáng quan tâm của nhiều quốc gia và vùng lãnh thổ Kết quả nghiên cứu góp phần vào quá trình phát triển ngành công nghiệp môi trường Việt Nam theo đề án của chính phủ Ngoài ra, thiết bị xử lý H2S khi được triển khai sẽ làm giảm nguồn phát thải H2S vào môi trường giúp cải thiện môi trường làm việc của công nhân và môi trường sống của

cư dân vùng lân cận

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội:

(Nêu rõ hiệu quả làm lợi tính bằng tiền dự kiến do đề tài, dự án tạo ra so với các sản phẩm cùng loại trên thị trường…)

Các hiệu quả kinh tế của nghiên cứu bao gồm:

-Chi phí xử lý của thiết bị tương đối thấp có thể dễ dàng được chấp nhận từ phía chủ nguồn thải

-Việc triển khai sản xuất sinh phẩm và thiết bị có thể thực hiện trong nước tại các cơ sở với chi phí đầu tư nhỏ và dễ dàng triển khai

-Quá trình triển khai áp dụng nghiên cứu trong nước sẽ tạo ra một số việc làm và giúp giảm chi phí ngoại tệ

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:

Số

Nội dung

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH I

Chữ viết tắt i

Danh mục bảng ii

Danh mục hình iv

Danh mục Biểu đồ vi

1.MỞ ĐẦU 1

1.1.Mục tiêu của đề tài 3

1.2.Đối tượng nghiên cứu 3

1.3.Tính cấp thiết của đề tài 4

1.4.Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 5

1.5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài 5

2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU 8

2.1.Tổng quan về H 2 S 8

2.1.1.Tính chất H 2 S 8

2.1.1.1.Tính chất vật lý 8

2.1.1.2.Tính chất hóa học 9

2.1.2 Nguồn phát sinh H 2 S [1] 11

2.1.2.1 Trong môi trường tự nhiên 11

2.1.2.2.Trong các quá trình công nghiệp 11

2.1.3.Độc tính H 2 S 12

2.1.3.1.Tác động lên người [1] 12

2.1.3.2.Tác động lên động và thực vật 15

2.1.3.3.Tác động lên môi trường 16

2.1.4.Các phương pháp điều chế H 2 S [9] 17

2.1.4.1.Khí hydrosunfua 17

2.1.4.2 Dung dịch axít sunfua hyđric (H 2 S) 19

2.1.5.Một số phương pháp xử lý H 2 S [10] 20

2.1.5.1 Phương pháp hóa học 20

2.1.5.2 Phương pháp hấp thụ 22

2.1.5.3.Phương pháp hấp phụ 26

2.1.5.4 Phương pháp sinh học 28

2.2.Tổng quan về vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 32

2.2.1 Phân loại vi khuẩn chuyển hóa lưu huỳnh 32

2.2.1.3.Vi khuẩn dị dưỡng chuyển hóa lưu huỳnh 34

2.2.1.4.Các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh khác 35

2.2.2 Nuôi cấy vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 35

2.2.2.1.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nuôi cấy vi khuẩn 35

2.2.2.2.Một số phương pháp phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 36

2.3 Tổng quan về phương pháp nghiên cứu 41

2.3.1.Phương pháp lấy mẫu vi sinh vật 41

2.3.1.1 Tiêu chuẩn lấy mẫu đất 41

2.3.1.2 Tiêu chuẩn lấy mẫu nước 41

2.3.2.Phương pháp phân lập vi sinh vật 42

2.3.2.1.Khái niệm 42

2.3.2.2.Phương pháp phân lập vi sinh vật thuần khiết 42

2.3.3.Phương pháp định danh vi sinh vật 42

2.3.3.1.Phương pháp định danh truyền thống 43

2.3.3.2.Phương pháp giải trình tự gen 43

2.3.4.Phương pháp khảo sát hàm lượng H 2 S [9] 44

2.3.4.1.Phương pháp iốt 44

2.3.4.2 Phương pháp điện thế 45

2.3.4.3 Phương pháp trắc quang 46

3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 47

3.1 Vật liệu 47

3.1.1 Mẫu 47

3.1.2.Dụng cụ 47

3.1.3.Hóa chất 48

3.1.4.Thiết bị 48

3.1.5.Môi trường nuôi cấy 48

3.1.6.Địa điểm thí nghiệm 50

3.2.Phương pháp phân lập và khảo sát khả năng chuyển hóa H 2 S của vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 52

3.2.1.Sơ đồ quá trình nghiên cứu 52

3.2.2.Phương pháp lấy mẫu (theo tiêu chuẩn ISO mục 2.3.1) 53

3.2.3.Phương pháp phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 53

3.2.3.1.Nuôi cấy vi khuẩn trong môi trường lỏng 53

3.2.3.2.Phân lập vi khuẩn trong môi trường thạch 54

3.2.4.Phương pháp định danh vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh 54

3.2.5 Phương pháp khảo sát khả năng chuyển hóa sunfua 55

3.2.5.1.Điều chế H 2 S 55

3.2.5.2.Phân tích H 2 S theo phương pháp Iot 55

3.2.5.3 Phân tích H 2 S THEO TQKT YHLĐ & VSMT 2002 55

3.2.5.4 Phương pháp điện thế 56

2.2.5.5.Phương pháp khảo sát hàm lượng H 2 S [8] 57

3.2.6 Phương pháp tổng hợp tài liệu 57

3.2.7 Xử lý số liệu 58

4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 59

4.1 Khảo sát các nguồn phát thải H 2 S 59

4.1.1 Nguồn phát thải từ các hệ thống xử lý nước thải bệnh viện 59

4.1.2 Nguồn phát thải từ các nhà máy chế biến cao su 64

4.1.3 Nguồn phát thải sinh ra từ các hoạt động sản xuất công nghiệp 67

4.1.4 Nguồn phát thải từ hệ thống xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp 70

4.1.5 Nguồn phát thải từ các hoạt động chăn nuôi 72

4.2 Phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong môi trường 78

4.2.1.Thông số mẫu trong mùa khô 78

4.2.1.1.Thông số mẫu nước mùa khô 78

4.2.1.2.Thông số mẫu đất mùa khô 79

4.2.1.3 Kết quả phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong mùa khô 80

4.2.1.4.Kết quả định danh vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh phân lập trong mùa khô 84

4.2.2.Thông số mẫu trong mùa mưa 90

4.2.2.1.Thông số mẫu nước mùa mưa 90

4.2.2.2.Thông số mẫu đất mùa mưa 92

4.2.2.3 Kết quả phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong mùa mưa 93

4.2.2.4 Kết quả định danh vi khuẩn phân lập trong mùa mưa 94

4.3 Khảo sát khả năng xử lý H 2 S của các chủng vi khuẩn phân lập từ tự nhiên 100

4.3.1 Khảo sát khả năng khử H 2 S của các chủng vi khuẩn phân lập trong mùa khô 101

4.3.2 Khảo sát khả năng khử H 2 S của các chủng vi khuẩn phân lập từ tự nhiên mùa mưa 104

4.4 Lựa chọn vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh phân lập trong tự nhiên 109

4.4.1 Đặc điểm tính chất của những vi khuẩn được lựa chọn 113

4.4.1.1 Micorcoccus luteus 113

4.4.1.2 Alcaligenes feacalis 114

4.5 Điều kiện bảo quản vi khuẩn SOB được lựa chọn 120

4.5.1 Môi trường bảo quản vi sinh vật 120

4.5.2 Phương thức bảo quản vi khuẩn SOB 122

4.5.2.1 Bảo quản vi sinh vật bằng phương pháp cấy truyền định kỳ 123

4.5.2.2 Bảo quản bằng phương pháp đông khô (Suree Nanasombat, 2007) 125

4.6 Các thông số kỹ thuật quá trình vận hành thiết bị xử lý H 2 S quy mô phòng thí nghiệm 131

4.6.4 Quá trình tạo màng vi sinh vật trên vật liệu đệm 147

4.6.5 Khảo sát khả năng xử lí theo nồng độ H 2 S 149

4.6.6 Khảo sát khả năng xử lí H 2 S theo lưu lượng dòng khí. 152

4.6.7 Khảo sát khả năng xử lý H 2 S theo tính chất mô phỏng các nguồn phát thải 155

4.6.7.1 Khảo sát khả năng xử lý H 2 S mô phỏng tương tự bể Biogas 155

4.6.7.2 Khảo sát khả năng xử lý H 2 S mô phỏng tương tự khí ra lò sấy cao su và bột cá 157

4.6.7.3 Khảo sát khả năng xử lý H 2 S mô phỏng tương tự khí từ bể UASB 158

4.6.8 Khảo sát thời gian bổ sung dưỡng chất 161

4.7 Thiết kế thiết bị xử lý H 2 S quy mô pilot dùng cho bể UASB 164

4.7.1 Thiết kế mô hình xử lý quy mô pilot sử dụng cho bể UASB 164

4.7.2 Vận hành thực địa 169

4.7.2.1 Tạo màng vi sinh vật trên vật liệu đệm 170

4.7.2.2 Khảo sát quá trình xử lý H 2 S trong điều kiện bể UASB với lưu lượng thay đổi 172

4.7.2.3 Khảo sát quá trình xử lý H 2 S trong điều kiện bể UASB với nồng độ thay đổi 174

4.7.2.4 Khảo sát quá trình xử lý H 2 S trong điều kiện khí Biogas với lưu lượng thay đổi 178

4.7.3 Quy trình công nghệ và vận hành thiết bị xử lý H 2 S quy mô Pilot sinh ra từ bể phân hủy kị khí 183

4.7.3.1 Quy trình công nghệ 183

4.7.3.2 Thiết bị và hóa chất 184

4.7.3.3 Vệ sinh thiết bị trước vận hành 185

4.7.3.4 Tạo màng vi sinh vật trên vật liệu đệm 186

4.7.3.5 Vận hành thiết bị với khí Biogas 187

4.7.3.6 Vận hành thiết bị với chế độ khí thải từ bể phân hủy kị khí 188

4.7.3.7 Bổ sung dưỡng chất cho tác nhân vi sinh vật 189

4.7.3.8 Thu nhận thông số vận hành của thiết bị 189

4.7.3.9 Các sự cố và cách khắc phục trong quá trình vận hành 190

4.7.4 Đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị quy mô pilot trên khí thải từ bể phân hủy kị khí 192

5 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 198

5.1 Sản phẩm Khoa học và Công nghệ dạng I 198

5.2 Sản phẩm Khoa học và Công nghệ dạng II 198

5.3 Các sản phẩm Khoa học và Công nghệ dạng III 199

5.4 Sản phẩm đào tạo 199

5.5 Sản phẩm đăng ký bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ 199

5.6 Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại 199

5.6.1 Hiệu quả về khoa học và công nghệ 199

5.6.2 Hiệu quả về kinh tế xã hội 200

6 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 201

Kết luận 201

Kiến nghị 204

TÀI LIỆU THAM KHẢO 205 PHỤ LỤC 212

BLAST Basic Local Alignment Search Tool

BOD Biochemical oxygen demand

ĐHCN TP HCM Đại học Công nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh

ISO International Organization for Standardization

ppm parts per million

SEM Scanning electron microscope

SOB Sulfide Oxidizing Bacteria

SRB Sulfate Reduce Bacteria

TQKT YHLĐ &

VSMT Thường quy kỹ thuật y tế lao động và vệ sinh môi trường

TTMTB Trung tâm máy thiết bị hóa học

UASB Upflow anaerobic sludge blanket

Bảng 2.3 Triệu chứng, nồng độ và thời gian tiếp xúc H2S

Bảng 2.4 Đặc điểm của bộ Pseudomonodales

Bảng 3.1 Danh sách các dụng cụ sử dụng nghiên cứu

Bảng 3.2 Hóa chất dùng cho nghiên cứu

Bảng 3.3 Thiết bị sử dụng cho nghiên cứu

Bảng 4.1 Thông số và kết quả phân tích hàm lượng H2S trong không khí tại khu xử lý nước thải và tập kết rác thải bệnh viện

Bảng 4.2 Hàm lượng H2S trong không khí của ngành chế biến cao su

Bảng 4.3 Hàm lượng H2S trong khu vực của một số ngành sản xuất công nghiệp

Bảng 4.4 Hàm lượng H2S trong không khí khu vực nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp

Bảng 4.5 Kết quả khảo sát hàm lượng H2S trong khí sinh ra từ bể ủ Biogas

Bảng 4.6 Đặc điểm mẫu nước mùa khô

Bảng 4.7 Đặc điểm mẫu đất mùa khô

Bảng 4.8 Kết quả phân lập vi sinh vật của mẫu đất và nước trên môi trường trung tính Bảng 4.9 Hình dạng và tính chất bắt màu của những VSV phân lập từ mẫu đất và nước Bảng 4.10 Kết quả định danh vi sinh vật phân lập trong mùa khô

Bảng 4.11 Đặc điểm của 9 loài vi khuẩn phân lập được trong mùa khô

iii

Bảng 4.13 Đặc điểm mẫu đất thu nhận trong mùa mưa

Bảng 4.14 Kết quả phân lập vi sinh vật của mẫu đất và nước thu nhận vào mùa mưa Bảng 4.15 Kết quả khảo sát khả năng khử sunfua trong môi trường trung tính

Bảng 4.16 Hiệu quả xử lý của các chủng vi khuẩn phân lập trong tự nhiên

Bảng 4.17a Vi khuẩn có khả năng chuyển hóa H2S cao

Bảng 4.17b Vi khuẩn có khả năng chuyển hóa H2S trung bình

Bảng 4.17c Vi khuẩn có khả năng chuyển hóa H2S thấp

Bảng 4.18 Tính chất một số vi sinh vật có hiệu quả xử lý H2S cao

Bảng 4.19 Đặc điểm của những vi khuẩn được lựa chọn sử dụng trong thiết bị xử lý

H2S

Bảng 4.20 Tính chất hình thể và sinh hóa của những vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh lựa chọn

Bảng 4.21 Khả năng sử dụng nguồn Cacbon của vi khuẩn Micrococcus luteus

Bảng 4.22 Khả năng sử dụng các nguồn Cacbon của vi khuẩn Alcaligenes feacalis Bảng 4.23 Môi trường nuôi cấy và bảo quản vi khuẩn Micrococcus luteus

Bảng 4.24 Môi trường nuôi cấy và bảo quản vi khuẩn Alcaligenes feacalis

Bảng 4.25 Thông số ban đầu phục vụ thiết kế mô hình xử lý quy mô phòng thí nghiệm Bảng 4.26 Giá trị vận tốc và thời gian lưu của pha khí ứng với lưu lượng dòng vào Bảng 4.27 Số lượng huyền dịch vi sinh vật cần thiết cho từng thể tích cột xử lý H2S Bảng 4.28 Mật độ vi sinh vật và thời gian cần thiết nuôi cấy để đạt mật độ tương ứng Bảng 4.29 Kết quả khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đệm và môi trường dinh dưỡng

Bảng 4.30 Nhận xét ưu nhược điểm của hai loại vật liệu đệm sử dụng trong mô hình thí nghiệm

Bảng 4.31 Hàm lượng H2S trong thành phần Biogas phát thải từ của một số quá trình lên men kị khí

Bảng 4.32 Kết quả một số nghiên cứu xử lý H2S trong khi thải bằng phương pháp sinh học

Bảng 4.33 Thông số ban đầu phục vụ thiết kế thiết bị xử lý H2S quy mô pilot

Bảng 4.34 Giá trị vận tốc và thời gian lưu của pha khí ứng với lưu lượng dòng vào Bảng 4.35 Khảo sát khả năng xử lý của vi khuẩn 1 (VK1) với lưu lượng thay đổi

Bảng 4.36 Khảo sát khả năng xử lý của vi khuẩn 2 (VK2) với lưu lượng thay đổi

Bảng 4.37 Khảo sát khả năng xử lý của thiết bị với hàm lượng H2S trong dòng khí thay đổi

Bảng 4.38 So sánh kết quả bởi hai phương pháp đo hàm lượng khí H2S

Bảng 4.39 Quy mô và tính chất nguồn khí Biogas tại trại heo Phước An

Bảng 4 40 Kết quả khảo sát hiệu quả xử lý khí Biogas của thiết bị quy mô pilot

Bảng 4.41 Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị xử lý H2S quy mô pilot trên các loại khí thải dựa trên kết quả phân tích của công ty sắc ký Hải Đăng

Bảng 4.42 Các thông số kỹ thuật của thiết bị quy mô pilot

Bảng 4.43 Sự cố nguyên nhân và cách khắc phục trong quá trình vận hành thiết bị Bảng 4.44 Khảo sát khả năng xử lý của thiết bị với hàm lượng H2S thay đổi

Bảng 4.45 So sánh kết quả bởi hai phương pháp đo hàm lượng khí H2S

Bảng 4.46 Đánh giá hiệu quả làm việc của thiết bị xử lý H2S quy mô pilot trên các loại khí thải dựa trên kết quả phân tích của công ty sắc ký Hải Đăng

Bảng 4.47 So sánh hiệu quả với một số nghiên cứu xử lý H2S trong khi thải bằng phương pháp sinh học

Bảng 4.48 Chi phí xử lý của thiết bị quy mô phòng thí nghiệm và quy mô pilot

Danh mục hình

Hình 2.1 Cấu tạo phân tử H2S

Hình 3.1 Sơ đồ quá trình nghiên cứu

Hình 3.2 Sơ đồ quá trình định danh

Hình 4.1 Vị trí và hiện trạng địa điểm lấy mẫu nước

v

Hình 4.3 Mẫu có vi sinh phát triển sau 3 ngày nuôi cấy

Hình 4.4 Khuẩn lạc vi sinh vật thuần khiết phân lập từ môi trường có pH trung tính trên môi trường phân lập trước khi được định danh bằng kỹ thuật giải trình tự gen Hình 4.5 Mẫu âm tính sau 14 ngày nuôi cấy

Hình 4.6 Vị trí và hiện trạng địa điểm lấy mẫu nước và đất

Hình 4.7 Mẫu có vi sinh phát triển sau 3 ngày nuôi cấy

Hình 4.8 Khuẩn lạc vi sinh vật thuần khiết trên môi trường phân lập trước khi được định danh bằng kỹ thuật giải trình tự gen

Hình 4.9 Mẫu âm tính sau 14 ngày nuôi cấy

Hình 4.10 Bảo quản vi sinh vật bằng phương pháp cấy truyền định kỳ

Hình 4.11 Nuôi cấy chuẩn bị vi sinh vật cho quá trình đông khô

Hình 4.12 Ly tâm huyền dịch thu nhận sinh khối tế bào vi sinh vật

Hình 4.13 Ống đông khô NUNC Cryo 351934

Hình 4.14 Chuẩn bị huyền dịch vi sinh vật trước khi đông khô

Hình 4.15 Tủ đông Sanyo (Nhật bản)

Hình 4.16 Thiết bị đông khô Christ Alpha 1-2LD Plus và các chế độ vận hành trong quá trình đông khô

Hình 4.17 Mẫu vi sinh vật sau đông khô

Hình 4.18 Kiểm tra khả năng sống của vi sinh vật đông khô sau thời gian bảo quản Hình 4.19 Sơ đồ công nghệ mô hình xử lý H2S quy mô PTN

Hình 4.20 Bơm định lượng

Hình 4.21 Lưu lượng kế khí

Hình 4.22 Đo giá trị H2S trong dòng khí

Hình 4.23 Mô hình xử lý H2S quy mô phòng thí nghiệm

Hình 4.24 Quá trình phục hồi vi sinh vật từ môi trường bảo quản

Hình 4.25 Quá trình tăng sinh thu nhận sinh khối tế bào vi sinh vật trong phòng thí nghiệm

Hình 4.26 Mô hình thí nghiệm và màng vi sinh vật trên các loại vật liệu đệm

Hình 4.27 Màng vi sinh vật trên vật liệu đệm dưới kính hiển vi điện tử

Hình 4.28 Thiết bị Pilot lắp đặt tại thực địa

Hình 4.29 Tạo màng trên thiết bị pilot tại thực địa

Hình 4.30 Kiểm tra giá trị H2S trong điều kiện khảo sát khả năng xử lý UASB

Hình 4.31 Sơ đồ mô hình thiết bị xử lý khí H2S quy mô pilot

Danh mục Biểu đồ

Biểu đồ 4.1 Hàm lượng H2S trong không khí tại bãi tập kết rác thải của các bệnh viện Biểu đồ 4.2 Hàm lượng H2S trong không khí tại khu xử lý nước thải của các bệnh viện Biểu đồ 4.3 Hàm lượng H2S trong không khí từ khói lò sấy cao su

Biểu đồ 4.4 Hàm lượng H2S trong không khí xung quanh nhà máy chế biến cao su Biểu đồ 4.5 Hàm lượng H2S trong không khí nhà máy của một số ngành công nghiệp Biểu đồ 4.6 Hàm lượng H2S tại khu vực xử lý nước thải khu công nghiệp

Biểu đồ 4.7 Hàm lượng H2S trong khí sinh ra từ bể Biogas của một số trại chăn nuôi heo

Biểu đồ 4.8a Các chủng vi khuẩn có hiệu quả xử lý cao

Biểu đồ 4.8b Các chủng vi khuẩn có hiệu quả xử lý trung bình

Biểu đồ 4.8c Các chủng vi khuẩn có hiệu quả xử lý thấp

Biểu đồ 4.9 Sơ đồ quy trình tăng sinh vi sinh vật từ ống nghiệm đến tháp xử lý

Biểu đồ 4.10 Độ dày của màng theo thời gian trên hai loại vật liệu đệm là than hoạt tính và hạt polystyrene

Biểu đồ 4.11 Khảo sát khả năng hấp phụ của vật liệu đệm và môi trường

Biểu đồ 4.12 Khảo sát sự ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lí

Biểu đồ 4.13 Khảo sát sự ảnh hưởng của lưu lượng đến hiệu quả xử lí H2S

Biểu đồ 4.14 Khảo sát khí thải mô phỏng Biogas với vi khuẩn 1

Biểu đồ 4.15 Khảo sát khí thải mô phỏng Biogas với vi khuẩn 2

vii

Biểu đồ 4.16 Khảo sát hiệu quả xử lý với khí thải mô phỏng khói lò sấy cao su và bột

cá

Biểu đồ 4.17 Khảo sát khả năng xử lý với khí thải mô phỏng bể UASB

Biểu đồ 4.18 Khảo sát thời gian bổ sung cơ chất

Biểu đồ 4.19 Trở lực của thiết bị Pilot trong các điều kiện vận hành

Biểu đồ 4.20 Khả năng xử lý H2S từ bể phân hủy kị khí của vi khuẩn lựa chọn 1với lưu lượng thay đổi

Biểu đồ 4.21 Khả năng xử lý H2S từ bể phân hủy kị khí của vi khuẩn lựa chọn 2 với lưu lượng thay đổi

Biểu đồ 4.22 Khả năng xử lý H2S của vi khuẩn 1 trong thiết bị pilot trên đối tượng khí thải từ bể phân hủy kị khí

Biểu đồ 4.23 Khả năng xử lý H2S của vi khuẩn 2 trong thiết bị pilot trên đối tượng khí thải từ bể phân hủy kị khí

Biểu đồ 4.24 Biểu đồ hiệu quả xử lý khí Biogas với lưu lượng 0,5 m3/h

Biểu đồ 4.25 Biểu đồ hiệu quả xử lý khí Biogas với lưu lượng 0,65 m3/h

Biểu đồ 4.26 Biểu đồ hiệu quả xứ lý khí Biogas với lưu lượng 1 m3/h

1.MỞ ĐẦU

H2S là chất khí không màu, có mùi trứng thối, ít tan trong nước và là một khí độc rất nguy hiểm Chỉ 0,1% khí H2S trong không khí đã gây nhiễm độc nặng [9] Trong thiên nhiên H2S hiện diện trong khí núi lửa phun ra hoặc trong các vùng ẩm thấp vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh tạo thành H2S (cống rãnh, kênh rạch có người ở hoặc nuôi súc vật…) hoặc trong sản xuất liên quan đến môi trường tự nhiên như việc nạo vét kênh rạch, cống rãnh, hầm hố… Trong các hoạt động công nghiệp, khí H2S được tạo thành khi nguyên tố lưu huỳnh hoặc hợp chất chứa lưu huỳnh tiếp xúc với các vật liệu hữu cơ ở nhiệt độ cao H2S là thứ phẩm của nhiều quá trình khác nhau như công nghệ lọc dầu, công nghệ chế tạo tơ nhân tạo viscose, chế tạo muối bari, thuốc nhuộm… Hàng năm có khoảng 3 triệu tấn H2S được sinh ra từ công nghiệp [2] Đối với con người, ở liều lượng thấp H2S làm tinh thần mệt mỏi và gây nhức đầu Nhưng nếu ở nồng độ cao thì có thể dẫn đến tử vong Đối với thực vật, H2S làm giảm sinh trưởng của cây, gây tổn thương và rụng

lá [1]

Với những độc tính như trên, vấn đề ô nhiễm bởi khí H2S từ lâu đã trở thành mối quan tâm của nhiều quốc gia, nhất là các nước phát triển trên thế giới Khả năng gây độc cho sinh vật của H2S và nhiều phương pháp xử lý H2S đã được nghiên cứu rất nhiều Đã có nhiều phương pháp xử lý H2S được đưa ra để giảm tác hại của nó như xử lý chlor hóa, bể lọc than, sục khí… Tuy nhiên những phương pháp này thường tốn nhiều kinh phí và có thể tạo ra nguồn ô nhiễm mới Việc ứng dụng vi sinh vật để xử lý H2S cũng đã được nghiên cứu trên thế giới và trong nước

Nhà khoa học Pháp gốc Nga là S.N.Vinogradskii (1856 – 1953), năm 1887 đã phát hiện ra vi khuẩn lưu huỳnh Và trong những năm 1887 – 1890, ông đã nghiên cứu

về vi khuẩn lưu huỳnh [4]

2

Ở nước ta, TS Bùi Huy Hiền, 2007- 2010 Nghiên cứu phát triển chế phẩm vi sinh vật xử lý nhanh phế thải chăn nuôi Ông đã phân lập được năm mẫu vi sinh vật có khả năng chuyển hóa hợp chất chứa H2S [5]

Công ty cổ phần Công nghệ sinh học Hà Nội và nhà máy phân vi sinh Việt – Séc, 2008- 2009 Hoàn thiện công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học xử lý đáy ao nuôi thủy sản từ nguồn phân thải chăn nuôi tại tỉnh Hải Dương Qua nghiên cứu đã phân lập được 12 chủng vi khuẩn quang hợp tía lưu huỳnh và lục lưu huỳnh, chọn được 3 chủng có khả năng chuyển hóa sunfit với hiệu suất chuyển hóa đạt từ 90,3 – 92,4% [11]

Đàm Sao Mai, Nguyễn Khánh Hoàng, Cao Hồng Ngọc, Vũ Đình Huy, 2009 Khảo sát khả năng khử hydrosunfua của vi khuẩn phân lập từ kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè Qua nghiên cứu đã phân lập được ba vi khuẩn hiếu khí từ nước kênh Nhiêu

Lộc – Thị Nghè là Thiobacillus (C1), Thiobacillus (C2), Thiobacillus (C3) [8]

Trong thiên nhiên tồn tại nhiều loài vi sinh vật có khả năng chuyển hóa các hợp chất của lưu huỳnh Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh gồm các loài tự dưỡng hóa năng,

tự dưỡng quang năng và cả dị dưỡng Vi khuẩn tự dưỡng hóa năng tham gia chuyển

hóa lưu huỳnh bao gồm các vi khuẩn thuộc loài Thiobacillus, Beggiatoa, Thiothrix

và Thioploca, trong đó đáng chú ý nhất là hai loài Thiobacillus và Beggiatoa Vi khuẩn tự dưỡng quang năng là vi khuẩn họ Thiodaceae chlorobacteriae Vi khuẩn

dị dưỡng chuyển hóa lưu huỳnh thường gặp là Bacillus mesentericus, Bacillus asterosporus, Bacillus subtillis

Việc nghiên cứu hệ vi sinh vật trong tự nhiên có khả năng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong chu trình địa hóa đã dẫn đến một hướng ứng dụng vi sinh vật trong

xử lý môi trường Hiện nay trên thế giới đã công bố khá nhiều nghiên cứu chỉ rõ khả năng ứng dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong xử lý H2S kể cả trong quy

mô phòng thí nghiệm và quy mô thực địa (M Syed,2006) Tuy nhiên, hiện chưa có

công bố nào tại Việt Nam ứng dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB) trong thiết

bị xử lý H2S trong khí thải phát sinh từ các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người

Cùng với mối quan ngại như nhiều quốc gia trên thế giới, Việt Nam trong những năm gần đây, với sự quan tâm của nhà nước đối với môi trường việc xử lý H2S trở thành một vấn đề đáng được quan tâm đối với những ngành công nghiệp có phát thải H2S như lọc hóa dầu, sản xuất và chế biến khí thiên nhiên, xử lý rác, xử lý nước Do vậy việc nghiên cứu phân lập vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên là hết sức cần thiết, đó cũng là hướng nghiên cứu mà đề tài này sẽ tiến hành Báo cáo này thể hiện các nôi dung đã thực hiện được trong đề tài “

Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý H 2 S trong khí thải có sử dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh” nằm trong chương trình “Nghiên cứu khoa học, ứng dụng và chuyển giao công nghệ phát triển ngành công nghiệp môi trường” thuộc đề án “Phát triển ngành công nghiệp môi trường Việt Nam đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”

theo quyết định 1030/QĐ- TTg của thủ tướng Chính Phủ ban hành ngày 20/07/2009

1.1.Mục tiêu của đề tài

- Tạo ra được chế phẩm sinh học là nhóm vi khuẩn có khả năng xử lý H2S trong khí thải (nhóm vi khuẩn Oxy hoá lưu huỳnh)

- Xây dựng quy trình phân lập, nuôi cấy thu nhận sinh khối tế bào và tạo chế phẩm sinh học sử dụng cho quá trình xử lý

- Lập bộ bản vẽ thiết kế thiết bị có khả năng xử lý các nguồn khí thải chứa khí

4

-Hệ vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên

1.3.Tính cấp thiết của đề tài

Trong tự nhiên với sự tham gia tích cực của hệ vi sinh vật một lượng lớn H2S được

vi sinh vật chuyển hóa đáp ứng nhu cầu phát triển Trong chu trình địa hóa, lưu huỳnh có trong các hợp chất hữu cơ được hệ vi sinh vật khử lưu huỳnh (Sulfate Reduce Bacterium) chuyển hóa tạo thành các dạng vô cơ trong đó có H2S Một phần H2S sinh ra sẽ hòa tan vào nước và được chuyển hóa tạo thành các dạng lưu huỳnh phân tử và SO42- với sự tham gia của hệ vi sinh vật oxy hóa lưu huỳnh (SOB) Trong số những vi sinh vật có khả năng oxy hóa lưu huỳnh thì nhóm vi khuẩn hiếu khí oxy hóa lưu huỳnh đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới phân lập và nghiên cứu, từ những nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy khả năng ứng dụng trong quá trình xử lý H2S trong môi trường nước và khí đạt hiệu quả cao với chi phí thích hợp

Với mục đích ứng dụng công nghệ vi sinh vật trong xử lý môi trường và mong muốn góp phần trong sự phát triển ngành công nghiệp môi trường của nước nhà, chúng tôi dựa vào các nghiên cứu đã thực hiện trên đối tượng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh ứng dụng trong quá trình xử lý H2S ở quy mô phòng thí nghiệm trong thời gian qua Ngoài ra, với những nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về ứng dụng vi sinh vật oxy hóa lưu huỳnh trong xử lý H2S dạng khí cho thấy hiệu quả cao

và khả năng ứng dụng áp dụng vào các ngành công nghiệp phát thải H2S với lưu lượng lớn như: quá trình lọc dầu, quá trình chế biến khí thiên nhiên, sản xuất

Biogas, xử lý nước thải, xử lý rác Vì thế đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý

H 2 S trong khí thải có sử dụng vi khuẩn Oxy hóa lưu huỳnh” Được triển khai

nghiên cứu nhằm tạo ra một thiết bị xử lý khí H2S trong một số nguồn phát thải

giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường

1.4.Phạm vi và giới hạn nghiên cứu

-Quá trình khảo sát các nguồn phát thải H2S được giới hạn trong một số lĩnh vực hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con người mà nhóm nghiên cứu có thể tiếp cận Ngoài ra, việc khảo sát cũng chỉ tiến hành ở một số địa phương thuộc các tỉnh miền Đông Nam bộ là địa bàn gần với đơn vị thực hiện đề tài Tuy nhiên, việc giới hạn phạm vi nghiên cứu phải mang tính chất đại diện để kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng rộng rãi vào thực tế

-Quá trình phận lập vi sinh vật oxy hóa trong tự nhiên chỉ giới hạn trong một số mẫu đất, nước nơi được đánh giá có sự hiện diện của cơ chất và điều kiện thích hợp cho vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh tồn tại

1.5.Ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài

Trong thực tế hiện nay, nước ta hiện chưa có nhiều nghiên cứu để xử lý H2S ở dạng khí riêng lẽ, mà hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào xử lý hỗn hợp khí thải của các ngành công nghiệp trong đó bao gồm cả khí H2S Do đó, hiệu quả xử lý

H2S chưa thật sự được quan tâm đúng mức Các phương pháp đang được áp dụng

để xử lý khí H2S ở nước ta hiện nay gồm: phương pháp hấp thụ, phương pháp hấp

phụ, nhưng hầu hết các phương pháp xử lý này có những nhược điểm về quy trình công nghệ, giá thành, chi phí vận hành và hiệu quả xử lý Từ thực tế trên, việc ứng dụng các nghiên cứu sử dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong quá trình xử lý H2S

có trong khí thải sẽ mang lại hiệu quả kinh tế đồng thời giúp cho những ngành công nghiệp có phát thải H2S có thêm lựa chọn công nghệ

Những nghiên cứu trên thế giới cho thấy rằng khả năng loại bỏ H2S của những vi

khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB) rất cao và khả năng ứng dụng rất lớn Nếu những

vi sinh vật oxy hóa lưu huỳnh được sử dụng dưới dạng chế phẩm vi sinh vật với mục đích xử lý khí (đặc biệt là xử lý khí H2S) sẽ mang đến hiệu quả xử lý cao góp phần cải tạo môi trường sống và góp phần phát triển ngành công nghiệp môi trường

6

Phạm vi ứng dụng: Thiết bị xử lý khí H2S bằng phương pháp vi sinh (sử dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB)) mà chúng tôi đưa vào thị trường trước mắt áp dụng cho các quy mô nhỏ như các phòng thí nghiệm, các cơ sở phát sinh H2S trong khí thải (hệ thống xử lý nước thải, sản xuất khí Biogas) Hiệu quả xử lý từ những

cơ sở này sẽ là cơ sở nhằm phục vụ cho quá trình triển khai ở quy mô lớn hơn như ngành lọc dầu, khai thác khí thiên nhiên, công nghiệp hóa chất, công nghiệp chế biến cao su Tuy nhiên, việc áp dụng nghiên cứu vào xử lý tại những cơ sở có phát thải H2S nhưng khó tập trung như xử lý rác, cơ sở nuôi trồng thủy sản sẽ gặp nhiều khó khăn

Ưu điểm của thiết bị: Thiết bị xử lý khí H2S áp dụng công nghệ vi sinh được xem như là "công nghệ xanh", điều mà các công nghệ truyền thống khác khó có thể đạt được Vì thiết bị xử lý H2S bằng phương pháp vi sinh sẽ không tạo ra các chất ô nhiễm độc hại và nhu cầu sử dụng năng lượng thấp hơn đáng kể

Quá trình xử lý của thiết bị phù hợp với dòng khí có chứa hàm lượng H2S nhỏ hơn 100ppm nhưng cũng có thể tương thích với dòng khí thải có hàm lượng H2S lớn hơn bằng việc cải tiến thiết bị Thiết bị oxy hóa được vận hành ở dải nhiệt độ khá rộng từ 200C – 320 C Với giá trị pH của khí thải khác nhau, có thể sử dụng các chủng vi khuẩn phù hợp Vì thế, với tính chất của mỗi dòng thải chúng ta sẽ có lựa chọn chủng vi sinh vật thích hợp

Công nghệ sử dụng vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh (SOB) khắc phục được các nhược điểm của các công nghệ xử lý khác

- Xử lý được khí thải có nồng độ H2S thấp

- Có tính chọn lọc cao

- Không cần làm ẩm khí thải trước khi xử lý, nhờ thế có thể tiết kiệm chi phí cho quá trình làm ẩm

-Thiết bị xử lý H2S được thiết kế dạng Tháp đệm, nên mặt bằng không lớn, đây là một ưu thế lớn trong điều kiện mặt bằng hạn chế

-Hiệu quả cao đối với khí thải có chứa H2S

-Giá thành thiết bị tương đối thấp, hiệu quả kinh tế cao khi sử dụng

-Thiết bị vận hành đơn giản và dễ tự động hóa

8

2.TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1.Tổng quan về H 2 S

Hình 2.1 Cấu tạo phân tử H 2 S

Khí H2S gồm một nguyên tử lưu huỳnh tạo với hai nguyên tử hidro hai liên kết cộng hóa trị, góc liên kết là HSH = 92,10 Độ dài liên kết S – H là 1,35 A0

400C tan trong 405ml nước

Nguồn: Hoàng Nhâm, 2005

Phân tử H2S có cấu tạo tương tự như phân tử H2O, tuy nhiên lưu huỳnh có độ âm điện bé hơn oxy nên khả năng tạo thành liên kết hiđro giữa các phân tử H2S là yếu hơn nhiều so với giữa các phân tử H2O Bởi vậy ở điều kiện thường, H2S là một khí Ở trạng thái lỏng, nó cũng tự phân li giống như nước nhưng với mức độ kém hơn nhiều:

yếu (yếu hơn axit H2CO3)







H HS S

HS (2.2) Tác dụng với các dung dịch kiềm tạo hai muối: muối trung hòa và muối axit

Ví dụ: H2S + 2NaOH = Na2S + 2H2O (2.3)

H S + NaOH = NaHCO + H O (2.4)

10

Tính chất hóa học H2S Đặc biệt H2S tác dụng với các dung dịch muối cacbonat kim loại kiềm chỉ tạo ra muối hidro cacbonat

H2S + Na2CO3 = NaHCO3 + NaHS (2.5) Tính oxy

hóa

Trong axit H2S và các muối của nó, S có số oxy hóa -2 nên là chất khử mạnh

2 2

0 0 2 2

2 2

Clo có thể oxy hóa H2S thành H2SO4 (khi có nước)

4Cl2 + H2S + 4H2O = H2SO4 + 8HCl (2.8) Khi không có nước:

Còn với các kim loại khác thì tạo thành muối sunfua

Đặc biệt H2S khan không tác dụng với Cu, Ag, Hg nhưng khi có mặt hơi nước thì lại tác dụng khá nhanh làm cho bề mặt các kim loại bị xám lại

4Ag + 2H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O (2.11) Các sunfua  Muối sunfua của kim loại nhóm IA như Na2S, K2S… tan trong

nước và tác dụng với các axit HCl, H2SO4(l) sinh ra khí H2S

 Muối sunfua của kim loại nặng như CuS,PbS… không tan trong nước, không tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4(l)

(2.6)

(2.7)

(2.9)

(2.10

Tính chất hóa học H2S

 Muối sunfua của một số kim loại còn lại như ZnS, FeS… không tan trong nước nhưng tác dụng với dung dịch axit HCl, H2SO4(l) sinh ra khí H2S

Một số muối sunfua có màu đặc trưng: ZnS màu trắng (dùng làm màn huỳnh quang, ti vi…) CdS, As2S3

CuS, PbS, Ag2S, HgS màu đen…Dựa vào tính chất này để nhận biết muối sunfua

Nguồn: Hoàng Nhâm, 2005

Trong dung dịch nước, H2S là một axit hai nấc và rất yếu, hơi yếu hơn axit cacbonic H2S tồn tại trong nước ở ba dạng: H2S, HS-, S2- Tùy thuộc vào pH của nước: ở pH 6 thì 90% sunfua tồn tại là H2S, ở pH 10 thì 100% sunfua tồn tại dạng

S2-

2.1.2 Nguồn phát sinh H 2 S [1]

2.1.2.1 Trong môi trường tự nhiên

Có nhiều điều kiện tạo ra H2S trong thiên nhiên như trong khí núi lửa phun ra hoặc trong các vùng ẩm thấp vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ chứa S tạo thành H2S (cống rãnh, kênh rạch có người ở hoặc nuôi súc vật…)

Trong sản xuất có liên quan đến môi trường tự nhiên như việc nạo vét kênh rạch bẩn, cống rãnh, hầm hố…, đổ thùng, dọn phân súc vật trong trại chăn nuôi… cũng

có thể tiếp xúc H2S Khi đào giếng cũng có thể gặp H2S trong đất

2.1.2.2.Trong các quá trình công nghiệp

H2S được tạo thành khi nguyên tố S hoặc hợp chất chứa S tiếp xúc với các vật liệu