Determination of odrous compounds in some types of typical industry and orientation of treatment technology

Do đó, nghiên cứu được thực hiện để xác định và đánh giá các hợp chất mùi trên 8 loại hình công nghiệp gây mùi đặc trưng và định hướng công nghệ xử lý, giảm thiểu ô nhiễm mùi trên các lo

MỤC LỤC

MỤC LỤC I TÓM TẮT IV ABSTRACT VI DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIII DANH MỤC CÁC BẢNG IX DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ XI LỜI CẢM ƠN XIII

MỞ ĐẦU 1

1 THÔNG TIN CHUNG 1

2 MỤC TIÊU 1

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1

4 SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC, TÍNH CẤP THIẾT VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 2

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÙI 4

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÙI VÀ CÁC HỢP CHẤT GÂY MÙI 4

1.2 NGUỒN PHÁT SINH MÙI 6

1.3 KỸ THUẬT ĐO MÙI 10

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 11

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 11

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 15

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI 16

1.5.1 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trường bên trong nhà 17

1.5.2 Các phương pháp xử lý mùi 17

CHƯƠNG 2 – NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 30

2.1 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30

2.2 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 31

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 33

3.1 CÔNG NGHIỆP THUỘC DA 33

3.1.1 Giới thiệu chung về công nghiệp thuộc da 33

3.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất 33

3.1.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành công nghiệp thuộc da 34

3.1.4 Kết quả quan trắc 36

3.2 CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỦY SẢN 40

3.2.1 Giới thiệu chung về công nghiệp chế biến thủy sản 40

3.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất 41

3.2.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành chế biến thủy sản 42

3.2.4 Kết quả nghiên cứu trên loại hình chế biến thủy sản 43

3.3 CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN CAO SU 47

3.3.1 Giới thiệu chung về công nghiệp chế biến cao su 47

3.3.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành công nghiệp chế biến cao su 49

3.3.4 Kết quả nghiên cứu trên loại hình chế biến cao su 50

3.4 CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN TINH BỘT MÌ 52

3.4.1 Giới thiệu chung về công nghiệp chế biến tinh bột mì 52

3.4.2 Quy trình công nghệ sản xuất 53

3.4.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành chế biến tinh bột mì 56

3.4.4 Kết quả quan trắc 57

3.5 NGÀNH CHĂN NUÔI GIA SÚC 60

3.5.1 Giới thiệu chung về ngành chăn nuôi gia súc 60

3.5.2 Quy trình công nghệ sản xuất 62

3.5.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành chăn nuôi gia súc 63

3.5.4 Kết quả quan trắc 67

3.6 CÔNG NGHIỆP HÓA CHẤT VÀ THUỐC BVTV 72

3.6.1 Giới thiệu chung về công nghiệp hóa chất và thuốc BVTV 72

3.6.2 Quy trình công nghệ sản xuất 73

3.6.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành công nghiệp hóa chất và thuốc BVTV 73

3.6.4 Kết quả nghiên cứu trên loại hình công nghệ hóa chất và thuốc BVTV 74

3.7 CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI 77

3.7.1 Giới thiệu chung về công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi 77

3.7.2 Quy trình công nghệ sản xuất 77

3.7.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành chế biến thức ăn gia súc 78

3.7.4 Kết quả nghiên cứu 80

3.8 CÔNG NGHIỆP RƯỢU, BIA 83

3.8.1 Giới thiệu chung về công nghiệp rượu, bia 83

3.8.2 Quy trình công nghệ sản xuất 84

3.8.3 Nguồn phát sinh mùi trong ngành công nghiệp rượu, bia 85

3.8.4 Kết quả quan trắc 86

3.9 ĐỊNH HƯỚNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ 90

3.9.1 Cơ sở lựa chọn công nghệ 90

3.9.2 Định hướng công nghệ xử lý cho các ngành công nghiệp đặc trưng 100

KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

PHỤ LỤC 115

Do đó, nghiên cứu được thực hiện để xác định và đánh giá các hợp chất mùi trên 8 loại hình công nghiệp gây mùi đặc trưng và định hướng công nghệ xử lý, giảm thiểu ô nhiễm mùi trên các loại hình công nghiệp này

Kết quả nghiên cứu cho thấy 3 ngành công nghiệp gây ô nhiễm mùi nghiêm trọng là ngành công nghiệp thuộc da, chế biến thức ăn chăn nuôi và thủy sản với nồng độ, lưu lượng khí phát thải và tải lượng ô nhiễm cao Theo khảo sát, đa phần các loại hình công nghiệp này

có lưu lượng khí thải cao trên 40.000 m3/phút Tuy nhiên, tại các cụm công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp quy mô phát thải từng hộ cá thể thấp nhưng tải lượng ô nhiễm phát sinh của cả khu vực khá cao do các hộ hoạt động trong cùng một loại hình sản xuất Các thành phần chính của mùi trong thuộc da là VOC (hình thành từ quá trình phân hủy da), NH3 và

H2S, aldehyde (hình thành từ quá trình tẩy lông, khử vôi, quá trình thuộc da và hệ thống xử

lý nước thải) Tương tự, ngành chế biến thủy sản và sản xuất thức ăn chăn nuôi phát sinh mùi là các khí amoniac, mercaptans, VOC, H2S, amine từ nhiều nguồn như khu vực tiếp nhận, quá trình chế biến, sấy khô, khu vực lưu trữ, khu vực xử lý nước thải Trong đó, nguồn chủ yếu và lớn nhất là từ công đoạn sấy

Ngành chế biến mủ cao su thiên nhiên và chăn nuôi có mức độ ô nhiễm mùi tương đối cao Mùi ô nhiễm lan tỏa cả một khu vực rộng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống

và hệ sinh thái Mùi hôi ngành chế biến mủ cao su thiên nhiên phát sinh trong công đoạn tiếp liệu, sơ chế, sấy và từ hệ thống xử lý nước thải với khí phát sinh bao gồm NH3, H2S,

CH3OH và axit béo bay hơi (VFAs) Hiện nay, các nhà máy sơ chế có quy mô lớn do vậy tải lượng ô nhiễm cao Bên cạnh đó, nguồn phát sinh khí gây mùi chủ yếu trong ngành chăn nuôi là nước tiểu, phân của vật nuôi Quá trình phân hủy sinh học của vi sinh vật sẽ sản sinh các khí như NH3, H2S, mercaptan gây ô nhiễm môi trường

Ngành chế biến tinh bột mì, rượu bia, hóa chất và thuốc bảo vệ thực vật cũng có khả năng gây ô nhiễm mùi nhưng mức độ ô nhiễm không nghiêm trọng bằng các ngành nêu trên Các ngành này thường được đầu tư hệ thống xử lý khí thải nên nồng độ ô nhiễm thấp cộng với lưu lượng khí phát thải không lớn

Tùy thuộc vào quy mô, tính chất nguồn thải, thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm hiện diện trong khí thải mà công nghệ xử lý được đề xuất Thông thường, để xử lý triệt để ô nhiễm mùi phải kết hợp quá trình như hóa học, hóa lý và sinh học Trong đó, quá trình hấp

thụ, lọc sinh học và hấp phụ than hoạt tính được ưu tiên lựa chọn Đối với các ngành sản xuất quy mô nhỏ, có thể lựa chọn công nghệ rửa khí ướt kết hợp oxy hóa để xử lý mùi

ABSTRACT

Nowadays, odor pollution is a top concern of society because it has a significant effect to comfort and quality of life As a result, this contributes to increase morbidity, causing serious impacts to human health living in the surrouding area Some types of typical industries causing odor pollution are leather tanning, electroplating, fishery processing, latex rubber processing, tapioca processing, livestock, pesticide processing, etc… Each industry emit a complex matrix of organic compounds as main odor gas with different harmful level

For that reason, this research was conducted to review of odorous compounds in 8 types of typical industries, the emission capacity of specific compounds, odor sensor and orientation of odor treatment technology

Results showed that 03 industries have serious odor pollution are tanning industry, seafood processing industry and feed industry They have high concentration, gas flow emission and gas loading rate

According to the survey, most of industries are high exhaust gas flow over 40,000

m3/minute However, in small industrial zone, and handicraft villages, the gas flow emission of individual households is low but total emission of region is quite high due to households operating in the same type of production The main components of the odor are VOCs (from the decomposition of the skin), NH3 and H2S, aldehyde (from the waxing process, lime, tanning process, and wastewater treatment plant) Seafood processing industry and feed industry generated variety of gaseous such as ammonia, mercaptans, VOCs, H2S, amine, etc from multiple sources such as reception areas, processing, drying, storage areas, and wastewater treatment plant In particular, the main and largest source is from drying process

Rubber processing industry and poultry have high level of odor pollution Odor spread a large area, and seriously affecting habitat and ecosystems Odor from rubber processing industry arising from the production process and wastewater treatment plant and forming

NH3, H2S, CH3OH and VFAs Besides, the sources of odorous gases primarily in the livestock are urine, and faeces of animals The process of biodegradation of microorganisms will produce gases like NH3, H2S, and mercaptans

Tapioca processing industry, alcohol, chemical and pesticide industry are also likely to cause odor pollution but pollution levels less severe than the others These industries usually invest exhaust treatment system then pollutant concetration is low and gas flow is not high

Depending on scale and property of industry, composition and concentration of pollutants that treatment technologies are proposed Normally, in order to thoroughly odor pollution must combine many processes such as chemical, physical and biological process In particular, absorption, biological filtration and activated carbon adsorption is preferred For

small-scale manufacturing, they can choose a wet scrubber technologies combine to oxidation to treat pollutant

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

NN&PTNT Nông nghiệp và phát triển nông thôn

NIOSH Viện sức khỏe và an toàn lao động quốc gia (Mỹ)

TQKT-YHLĐ&VSMT Thường quy kỹ thuật – Y học lao động và vệ sinh môi trường

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất các hợp chất tạo mùi (Brant and Elliott, 2004;

Chiumenti et al., 2005; Williams and Miller, 1993; Wilmink and Diener, 2001) [1, 2, 8, 9]

5

Bảng 1.2 Ngưỡng nhận biết của một số chất gây mùi 6

Bảng 1.3 Phân loại nguồn ô nhiễm mùi theo thành phần 6

Bảng 1.4 Nồng độ mùi của một số nguồn thải 7

Bảng 1.5 Một số nguồn thải từ các ngành công nghiệp 9

Bảng 1.6 Thang điểm đánh giá mức cường độ mùi 11

Bảng 1.7 Nồng độ của các hợp chất carbonyl gây mùi (ppb) trong không khí của nhà máy chế biến thủy sản 11

Bảng 2.1 Các chỉ tiêu phân tích đặc trưng của các loại hình công nghiệp 30

Bảng 2.2 Phương pháp phân tích khí 31

Bảng 3.1 Nguồn phát sinh mùi của ngành thuộc da 35

Bảng 3.2 Chất lượng không khí tại công ty thuộc da Hào Dương 37

Bảng 3.3 Chất lượng không khí tại công ty thuộc da Hưng Thái 38

Bảng 3.4 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại công ty Việt Phú 44

Bảng 3.5 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại công ty TNHH Royal Foods 46

Bảng 3.6 Lượng khí thải phát sinh từ một số công đoạn của quá trình chế biến thủy sản 47 Bảng 3.7 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại Công ty TNHH MTV cao su Bà Rịa 51

Bảng 3.8 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại công ty cao su Xuân Lập 52

Bảng 3.9 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Bình Minh 58

Bảng 3.10 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại Doanh nghiệp tư nhân Thành Vinh 59

Bảng 3.11 Kết quả quan trắc chất lượng môi trường không khí 68

Bảng 3.12 Kết quả quan trắc chất lượng môi trường không khí 70

Bảng 3.13 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại công ty TNHH TM&SX Ngọc Yến

75

Bảng 3.14 Kết quả quan trắc chất lượng không khí tại công ty TNHH hóa chất LG Vina 76 Bảng 3.15 Kết quả quan trắc chất lượng không khí trong khu vực sản xuất tại công ty Uni-President 81

Bảng 3.16 Chất lượng môi trường không khí tại công ty TNHH TongWei 82

Bảng 3.17 Chất lượng khí thải tại hệ thống xử lý nước thải 88

Bảng 3.18 Chất lượng khí thải tại hệ thống xử lý nước thải 90

Bảng 3.19 Phân loại nguồn ô nhiễm mùi theo quy mô phát thải 91

Bảng 3.20 Ưu và khuyết điểm của các phương pháp xử lý mùi 93

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu xử lý mùi ngành cao su 13

Hình 1.2 Quá trình hấp thụ xử lý khí 18

Hình 1.3 Quá trình hấp phụ xử lý khí bằng than hoạt tính 20

Hình 1.4 Lọc sinh học 23

Hình 1.5 Lọc sinh học nhỏ giọt 24

Hình 3.1 Quy trình sản xuất thuộc da 34

Hình 3.2 Sơ đồ quy trình công nghệ chế biến thủy sản đông lạnh dạng tươi 41

Hình 3.3 Sơ đồ quy trình chế biến thịt cá 42

Hình 3.4 Hệ thống xử lý mùi tại công ty Royal Foods 46

Hình 3.5 Sơ đồ tổng quan chế biến và sản xuất cao su 48

Hình 3.6 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì ướt kèm theo dòng thải 55

Hình 3.7 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì khô kèm theo dòng thải 56

Hình 3.8 Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột mì tại nhà máy sản xuất tinh bột mì Bình Minh 58

Hình 3.9 Biểu đồ phân bố trang trại chăn nuôi theo địa phương năm 2014 60

Hình 3.10 Diễn biến đàn heo (2000-2013) 61

Hình 3.11 Hình thành sunfua trong chất thải chăn nuôi 65

Hình 3.12 Quy trình sản xuất thuốc BVTV 73

Hình 3.13 Quy trình pha chế thuốc trừ sâu tại công ty công ty TNHH TM&SX Ngọc Yến 74

Hình 3.14 Sơ đồ phát thải ô nhiễm tại nhà máy LG Vina 76

Hình 3.15 Sơ đồ công nghệ sản xuất thức chăn nuôi 78

Hình 3.16 Sơ đồ quy trình sản xuất bia 84

Hình 3.17 Sơ đồ quy trình sản xuất rượu vang trắng 85

Hình 3.18 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia của công ty bia Sài Gòn 87

Hình 3.19 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bia 89

Hình 3.20 Tổng hợp công nghệ xử lý mùi theo quy mô phát thải 91

Hình 3.21 So sánh chi phí đầu tư giữa các công nghệ 96

Hình 3.22 So sánh chi phí vận hành giữa các công nghệ 96

Hình 3.23 Công nghệ xử lý khí thải ngành thuộc da 100

Hình 3.24 Hệ thống xử lý khí thải ngành chế biến thủy sản 101

Hình 3.25 Công nghệ xử lý khí thải ngành sơ chế cao su thiên nhiên 102

Hình 3.26 Quy trình xử lý khí thải lò hơi ngành sản xuất tinh bột mì 103

Hình 3.27 Mô hình xử lý lọc sinh học khử mùi tại cơ sở chăn nuôi bằng lọc sinh học nằm ngang 104

Hình 3.28 A) Lọc sinh học đứng hình trụ tròn; B) Lọc sinh học đứng hình hộp chữ nhật C) Lọc sinh học dạng hở nằm ngang 104

Hình 3.29 Sơ đồ hệ thống xử lý hơi dung môi và khí độc hại 106

Hình 3.30 Quy trình công nghệ xử lý khí thải ngành chế biến thức ăn chăn nuôi 107

Hình 3.31 Công nghệ xử lý mùi ngành rượu bia 108

Hình 3.32 Công nghệ xử lý mùi từ hệ thống xử lý nước thải 109

Cám ơn các đồng nghiệp, các em học trò đã luôn sát cánh cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này

Cuối cùng đề tài cũng đã hoàn thành, đối với chúng tôi – những nghiên cứu viên trong nước – thật sự phải vượt qua nhiều trở ngại từ tài liệu nghiên cứu, kinh phí, thời gian và thiết bị phân tích Những nỗ lực trong thời gian qua là tiền đề để chúng tôi tiếp tục phấn đấu theo con đường khoa học đã lựa chọn

TP.HCM, ngày 10 tháng 11 năm 2015

Tác giả đề tài

Nguyễn Thị Thanh Phượng

MỞ ĐẦU

1 THÔNG TIN CHUNG

Tên đề tài: Xác định thành phần các hợp chất tạo mùi trên một số loại hình công nghiệp đặc trưng và định hướng công nghệ xử lý

Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS Nguyễn Thị Thanh Phượng

Cơ quan chủ trì: VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

- ThS Ngô Thị Phương Nam

Tổ chức thực hiện: Phòng thí nghiệm Công nghệ Môi trường

Cơ quan quản lý: Viện Môi trường và Tài nguyên

Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ 01/04/2014 đến 01/04/2015) gia hạn đến 01/04/2016 Kinh phí được duyệt: 100.000.000 đồng

2 MỤC TIÊU

Xác định các hợp chất tạo mùi ưu tiên trên một số loại hình công nghiệp đặc trưng và định hướng công nghệ xử lý

3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Tổng quan về ô nhiễm mùi và thực trạng phát sinh ô nhiễm mùi trên các loại hình công nghiệp đặc trưng và công nghệ xử lý mùi

- Đối tượng nghiên cứu: 8 loại hình công nghiệp đặc trưng là ngành thuộc da và xi mạ; chế biến thủy sản; ngành cao su; ngành chế biến tinh bột mì; chăn nuôi gia súc, giết mổ gia súc; hóa chất và thuốc bảo vệ thực vật; chế biến thức ăn chăn nuôi; cồn rượu

- Khảo sát, thu thập tài liệu về công nghệ sản xuất, thành phần nguyên liệu, hóa chất, quy trình công nghệ, phản ứng hóa học, đánh giá khả năng phát sinh khí thải

- Tổng quan tài liệu về phương pháp phân tích khí thải (công nghệ bậc cao)

- Khảo sát công nghệ xử lý khí thải tại cơ sở, tính kinh tế và hiệu quả của công nghệ xử

lý

Khảo sát, lấy mẫu, phân tích thành phần mùi và xác định tổng lượng phát thải

- Ứng với 8 loại hình công nghiệp được khảo sát ở trên, mỗi loại hình lựa chọn 2 cơ sở

để tiến hành thu mẫu khí

- Lấy mẫu, xác định mùi, phân tích thành phần khí, tính toán lượng khí phát thải

- Các chỉ tiêu phân tích tùy thuộc vào từng loại hình công nghiệp

- Chuẩn bị hóa chất, thiết bị và nhân lực phân tích

- Tổng hợp dữ liệu, xác định thành phần khí thải, đánh giá mức độ ô nhiễm trên từng loại hình công nghiệp đặc trưng (quan tâm đến công nghệ sản xuất)

Định hướng công nghệ xử lý và giảm thiểu ô nhiễm mùi trên các loại hình công nghiệp đặc trưng Nghiên cứu, lựa chọn công nghiệp phù hợp cho xử lý khí thải trên từng loại hình công nghiệp đặc trưng

4 SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI

 Bài báo

 Tài liệu phục vụ giảng dạy, đào tạo sau đại học

 Quy trình công nghệ xử lý ô nhiễm mùi

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp thu thập tổng hợp tài liệu: Tổng hợp tài liệu về ô nhiễm mùi trên các loại hình công nghiệp khác nhau

 Phương pháp lấy mẫu, phân tích: Kỹ thuật lấy mẫu khí tại hiện trường, các phương pháp phân tích theo tiêu chuẩn VN và APHA

 Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: Áp dụng phần mềm excel trong thống kê, tính toán, xác định các thông số phân tích

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC, TÍNH CẤP THIẾT VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Ô nhiễm không khí do mùi hôi đang là một vấn đề nan giải trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh nói riêng và trên địa bàn cả nước nói chung, làm cho chất lượng không khí bị suy giảm rõ rệt và gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người Nếu con người ngửi thấy mùi hôi sẽ xuất hiện những hiện tượng như đau đầu, buồn nôn, chán ăn,… Sự ô nhiễm mùi còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ hô hấp, hệ tuần hoàn, hệ tiêu hoá và hệ thần kinh của con người Nếu con người sống một thời gian dài trong môi trường bị ô nhiễm sẽ ảnh hưởng đến bộ phận khứu giác làm cho người tiếp xúc trở nên quen mùi Lúc này, khứu giác của con người đã phải thích ứng với môi trường ô nhiễm, tuy mùi hôi vẫn tồn tại nhưng lại không ngửi thấy (do khứu giác không còn độ nhanh nhạy) Hệ thần kinh não bị kích thích bởi mùi hôi này, nếu trong thời gian dài thì sẽ bị tổn thương, ảnh hưởng đến chức năng điều tiết hưng phấn và ức chế của vỏ đại não

Bên cạnh đó, mùi hôi khó chịu, tạo điều kiện cho côn trùng và mầm bệnh phát triển, hậu quả là dịch bệnh phát triển và lan rộng gây ra các tổn thất về kinh tế, sức khỏe và sinh mạng

Phần lớn, mùi phát sinh từ các nhà máy sản xuất, KCN không được xử lý hợp lý mà thải

bỏ một cách tự nhiên vào môi trường gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường Đặc biệt là ô nhiễm mùi của ngành công nghiệp ô nhiễm nặng như: thuộc da, xi

mạ, thủy sản, cao su, chế biến tinh bột mì, chăn nuôi gia súc, sơn, gỗ, mực in, thuốc bảo vệ thực vật, cồn rượu…

Do đó, ô nhiễm mùi cũng đang là mối quan tâm hàng đầu của xã hội và các cấp chính quyền Nếu không xử lý triệt để, các nguy cơ từ mùi sẽ dẫn đến ô nhiễm không khí và chuỗi thực phẩm, góp phần gia tăng các bệnh tật, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người Tuy nhiên, hiện nay vẫn chưa có những nghiên cứu cho việc xác định thành phần các khí gây mùi, cũng như những nghiên cứu về đánh giá mùi trên một số loại hình công nghiệp đặc trưng vẫn chưa được thực hiện một các rộng rãi

Vì vậy, việc xác định và đánh giá mùi trên một số loại hình công nghiệp gây ô nhiễm không khí nặng và định hướng công nghệ xử lý là một vấn đề thật sự cấp thiết hiện nay trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Ý tưởng khoa học và tính mới

- Đề tài chưa được nghiên cứu cơ bản trong điều kiện VN trên các loại hình CN tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm không khí cao

- Xác định cơ sở khoa học về tính chất các thành phần gây ô nhiễm mùi trên các nguồn thải khác nhau

- Xác định thành phần và nồng độ các hợp chất hóa học đặc trưng cho từng loại hình công nghiệp, làm cơ sở cho việc đánh giá và xử lý ô nhiễm

- Phát triển các phương pháp phù hợp và chính xác trong phân tích khí thải hữu cơ bằng thiết bị phân tích GC-MS

- Định hướng được công nghệ xử lý để giảm thiểu ô nhiễm mùi trên các loại hình công nghiệp gây ô nhiễm không khí nặng

- Kết quả nghiên cứu của đề tài hỗ trợ các doanh nghiệp, các cơ quan quản lý nhà nước và người dân nhận thức về hiện trạng ô nhiễm môi trường từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp giảm thiểu ô nhiễm

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM MÙI 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÙI VÀ CÁC HỢP CHẤT GÂY MÙI

Ô nhiễm mùi là vấn đề phức tạp nhất trong tất cả các loại ô nhiễm không khí bởi vì mùi là

hiện tượng mang bản chất vừa vật lý vừa hóa học và cả sinh học

Mùi được cảm nhận là vì chất có mùi khuếch tán rất mạnh các phân tử của nó vào không khí, con người hít thở không khí có chứa các phân tử nói trên vào khoang mũi, các phân tử gây mùi thẩm thấu vào lớp màng tế bào của biểu mô tiếp nhận mùi của khứu giác kèm theo các phản ứng hóa học khác nhau, tạo thành xung điện sinh học Các xung điện được thần kinh khứu giác khuếch đại và chuyển lên não

Trong môi trường, mức độ phát sinh mùi phụ thuộc vào thành phần, nồng độ của các hợp chất gây mùi, ngưỡng nhận biết và độ nhạy của chúng Mỗi nguồn tạo mùi có sự pha trộn của nhiều hợp chất gây mùi khác nhau do vậy có sự phân biệt rõ từ nguồn này và nguồn khác Các hợp chất gây mùi có những đặc điểm sau:

- Dễ bay hơi: luôn luôn có những phân tử khuếch tán vào khí quyển và thâm nhập vào cơ

quan khứu giác

- Dễ bị hấp thụ trên bề mặt rất nhạy cảm của biểu mô khứu giác

- Thông thường không có mặt trong vùng biểu mô khứu giác Điều đó có nghĩa là các biểu mô khứu giác không thường xuyên tiếp xúc với chất có mùi, để khi những phân tử của chất ấy thâm nhập vào mũi là biểu mô khứu giác có những thay đổi một cách tương ứng và chính sự thay đổi đó gây ra sự cảm nhận về mùi, tức là cảm giác mùi Nhiều nhà nghiên cứu thừa nhận rằng mùi không những phụ thuộc vào cấu trúc phân tử của vật chất mà còn phụ thuộc vào sự thu nhận của tế bào khứu giác của từng cá nhân con người Điều đó giải thích được thái độ, mức độ phản ứng nhiều lúc rất khác nhau của từng cá nhân đối với một số chất có mùi cụ thể nào đó ứng với nồng độ nhất định nào

đó của nó trong không khí

- Về bản chất, nhóm các chất gây mùi có khả năng dễ định lượng bao gồm:

 Các chất vô cơ như : amoniac, hydrosunfua, mercaptan

 Các chất hữu cơ như : thuốc bảo vệ thực vật, các dung môi hữu cơ (metan, butan,

benzen, xylen, xiclohexanon, toluen )

- Nhóm các chất rất khó có khả năng định lượng bay hơi ở điều kiện nhiệt độ thường như VOCs (gồm nhiều chất hữu cơ bay hơi), chúng có thể gây mùi ở trạng thái độc lập hoặc cũng có thể gây mùi khi có sự tham gia của nhiều chất đồng thời Thuộc nhóm này gồm các chất trong quá trình sản xuất thực phẩm (mùi gia vị), mỹ phẩm (ở nồng độ các

chất có mùi vượt quá ngưỡng nhất định cũng trở thành độc hại)

Các nguồn ô nhiễm thường phát sinh hỗn hợp phức tạp các hợp chất có mùi và không có mùi Do vậy, để thực hiện một đánh giá tổng thể mùi, việc định lượng các hợp chất gây mùi là cần thiết Điều này đòi hỏi phải đủ năng lực phân tích (chuyên sâu và đa dạng), tuy

nhiên một số phương pháp phân tích không đủ độ nhạy Trong trường hợp mùi phức tạp, chúng ta không thể sử dụng sự tương tác của các yếu tố riêng biệt để tính toán cho mùi

tổng hợp Hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu có thể xác định được vấn đề ô nhiễm do

mùi, không có cách lấy mẫu, phân tích để định lượng được ô nhiễm mùi như các chất ô nhiễm không khí khác Đây cũng là vấn đề bức xúc đang làm cho các nhà quản lý môi trường, thanh tra môi trường, các nhà nghiên cứu và các kỹ thuật viên gặp bối rối khi phải đối mặt để giải quyết vấn đề ô nhiễm mùi hôi

Bảng 1.1 Thành phần và tính chất các hợp chất tạo mùi (Brant and Elliott, 2004;

Chiumenti et al., 2005; Williams and Miller, 1993; Wilmink and Diener, 2001) [1, 2, 8, 9]

phân tử

Hợp chất sunfua bay hơi

Methyl-mercaptan Hăng, chua, bắp cải

thối, chồn hôi, tỏi

Ethyl-mercaptan Bắp cải thối, tỏi tây C2H5SH 62

Dimethyl sulfide Sunfua, bắp cải thối (CH3)2S 62

Dimethyl disulfide Thối rữa, sunfua (CH3)2S2 94

Hợp chất nitơ bay hơi

Putrescine Thối, buồn nôn NH2(CH2)4NH2 88

Cadaverine Thối, thịt bị phân

hủy

NH2(CH2)5NH2 102

Dimethylamine Cá thối, cá ươn (CH3)2NH 45

Indole Phân, buồn nôn C6H4(CH2)3NH 117

Hợp chất acid béo bay hơi (VFAs)

Tên Mô tả mùi Công thức hóa học Trọng lượng

phân tử

Bảng 1.2 Ngưỡng nhận biết của một số chất gây mùi

thối gây nôn

gắt

gây nôn

cay mắt Nhìn chung, các hợp chất gây mùi vô cùng đa dạng Ở mỗi loại hình khác nhau, cần xác định các thành phần gây mùi đặc trưng Trong một số trường hợp, nồng độ từng thành phần không cao nhưng mùi tổng hợp dễ nhận biết do hỗn hợp nhiều hợp chất gây mùi cùng tồn tại trong nguồn khí thải

1.2 NGUỒN PHÁT SINH MÙI

Theo nghiên cứu của Joji Fukuyama và các cộng sự [21], nguồn phát thải mùi bao gồm

các loại hình kinh doanh khác nhau, phụ thuộc vào quy mô và mức phát triển Ngoài ra, giá trị của các thông số như thành phần mùi, nồng độ mùi, nhiệt độ, lượng khí thải,… có thể thay đổi trong phạm vi rộng

Bảng 1.3 Phân loại nguồn ô nhiễm mùi theo thành phần Hỗn hợp Thành phần gây

Nhà máy bột giấy, nhà máy xử lý bùn tự hoại, nhà máy xử lý nước thải, nhà máy cao su, bãi rác

Cơ sở phân compost, nhà máy chế biến cá, nhà máy

xử lý bùn tự hoại, trang trại gia cầm

Dung môi hữu cơ Toluene, Xylene,

Ethyl Acetate

Nhà máy sơn, nhà máy điêu khắc, giặt ủi, nhà máy sản xuất keo, nhà máy ván ép, cửa hàng sửa chữa ôtô, nhà máy sản xuất nội thất

Hợp chất

Aldehyde

Acetaldehyde Nhà máy mạ kim loại, nhà máy đúc, in Off-set,

sơn xe máy Axit béo n- Butyric Acid Trang trại gia cầm, cửa hàng thú nuôi, nhà máy sản

xuất tinh bột Bảng 1.3 thể hiện nồng độ mùi của một số nguồn thải tại Nhật Bản mà Yoshiharu Iwasaki [20] đã tổng hợp Mẫu khí được thu tại điểm xả và đường biên của từng nguồn phát thải Trong đó, giá trị tối đa khá cao so với giá trị trung bình Điều này thể hiện mức ô nhiễm trong trường hợp xấu nhất

Mùi còn được phân loại theo các loại hình sản xuất khác nhau, liên quan đến quy trình sản xuất, nguồn nhiên liệu, nguyên liệu, hóa chất, công nghệ xử lý chất thải Mỗi loại hình sản xuất thường phát sinh các mùi đặc trưng với sự hiện diện của một số hợp chất gây mùi chính Bảng 1.4 trình bày nồng độ mùi ở một số ngành nghề, loại hình sản xuất khác nhau

Bảng 1.4 Nồng độ mùi của một số nguồn thải

Ngành nghề Điểm lấy mẫu Số lượng

mẫu

Nồng độ mùi Trung bình Lớn nhất

Ngành nghề Điểm lấy mẫu Số lượng

mẫu

Nồng độ mùi Trung bình Lớn nhất

Trong quá trình sản xuất công nghiệp, nguồn phát thải chất có mùi khác nhau rất đa dạng

và phức tạp Có thể liệt kê một số nguồn phát thải mùi chủ yếu sau đây:

Bảng 1.5 Một số nguồn thải từ các ngành công nghiệp

1 Quá trình đốt nhiên liệu Khí thải của đầu máy diezen và máy nổ chạy xăng

Mùi từ các lò luyện cốc và lò sản xuất khí than

Xử lý nhiệt, tôi ram dầu, nấu chảy kim loại

5 Công nghiệp lọc dầu Các chất mecaptan

Dầu thô và gasolin Lưu huỳnh

6 Hóa chất nói chung Hydro sunfua H2S

Sunfua dioxin SO2

Amoniac NH3Các hợp chất hydrocarbon

7 Quá trình thiêu đốt Lò thiêu đốt phế thải thành phố

Lò hỏa táng

8 Quá trình xử lý chất thải rắn Quá trình ủ mục và oxy hóa các chất hữu cơ

Các hợp chất hữu cơ của nitơ trong quá trình phân hủy protein

Phân hủy lignin (tế bào thực vật)

9 Quá trình xử lý nước thải Nước thải thành phố chứa các chất thải sinh hoạt và

công nghiệp Nhà máy xử lý nước thải Như vậy, trong các ngành công nghiệp, mùi có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau từ nguyên liệu thô, quá trình chế biến đến các hệ thống xử lý, có thể kể đến bao gồm:

 Nguyên liệu cho ngành chế biến như thủy hải sản, cao su, bột tôm, hóa chất… Các nguyên liệu này có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo Các nguyên liệu bản

thân đã có mùi đặc trưng hoặc phát sinh mùi do sự phân hủy các hợp chất hữu cơ trong quá trình vận chuyển, lưu trữ

 Phát sinh mùi từ quá trình sản xuất công nghiệp Trong quá trình sản xuất, mùi phát sinh do hóa chất châm vào, hoặc do điều kiện vệ sinh nhà xưởng, hoặc phát sinh từ các quá trình phản ứng lý học, hóa học của nguyên vật liệu (chưng cất, sấy khô…)

 Nguồn phát sinh mùi từ các hệ thống xử lý khí thải và nước thải Trong đó, tại hệ thống xử lý nước thải các khí gây mùi có mặt tại khu vực các bể thu gom, bể điều hòa, bể tách dầu mỡ, bể lắng, bể xử lý kỵ khí và bể xử lý hiếu khí

1.3 KỸ THUẬT ĐO MÙI

Cơ quan khứu giác của con người với sự trợ giúp của các thiết bị chuyên dùng thích hợp được hoạt động theo một qui trình nhất định là cơ sở đánh giá mùi phát ra từ một chất có mùi nào đó Thông thường việc đánh giá mùi được tiến hành bởi một nhóm chuyên gia gồm 2 – 15 người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này khi cho họ tiếp xúc với chất có mùi ở nồng độ nhất định điều chỉnh được trong không khí

Các thông số cần đo của mùi là

- Nồng độ nhận biết của chất có mùi trong không khí Giới hạn thấp nhất của nồng độ chất có mùi trong không khí mà mũi người ta có thể nhận biết sự hiện diện của nó trong môi trường xung quanh

- Xác định loại và cường độ mạnh yếu của mùi trong không khí

Thông số thứ nhất chủ yếu liên quan đến mùi của một chất duy nhất (đơn chất, không pha trộn), còn thông số thứ hai có thể là mùi của nhiều chất có mùi cùng tỏa ra và gây cảm giác như mùi của một chất duy nhất

Có 4 đặc điểm của cảm nhận khứu giác được áp dụng để xác định mùi Đó là:

 Cường độ mùi: độ mạnh yếu của phản xạ khứu giác

 Độ lan tỏa của mùi: sự thay đổi của cường độ mùi

 Chất lượng mùi: tương tự như cảm giác mùi, bản chất hóa học, đặc tính của chất có mùi, thể loại mùi

 Thái độ, ý kiến tiếp nhận: mức độ ưa thích hoặc không ưa thích, dễ chịu hoặc khó chịu đối với một mùi nào đó

Tổng hợp của các đặc tính trên, cảm nhận khứu giác có thể được đánh giá theo thang điểm mang tính chất chủ quan tương đối do một nhóm các chuyên gia ngửi mùi cho điểm Có nhiều loại thang điểm khác nhau, bảng 1.6 trình bày thang điểm từ 0 đến 4 ứng với 6 mức cảm nhận mùi khác nhau từ thấp đến cao [5]

Bảng 1.6 Thang điểm đánh giá mức cường độ mùi

Nhận biết mờ nhạt Nhận biết dễ dàng Mùi mạnh Không chịu đựng nổi Mỗi mức cường độ mùi của một chất nào đó tương ứng với một trị số nồng độ nhất định của nó trong không khí tính theo ppm hoặc mg/m3

Nồng độ nhận biết của mùi có thể thay đổi từ 30 – 50% đối với những người quan sát khác nhau, do đó cần tiến hành đo mùi bởi một nhóm nhiều chuyên gia quan sát lặp đi lặp lại nhiều lần và lấy kết quả trung bình

Ngoài phương pháp đánh giá mùi theo cảm quan, thì có thể dùng các phương pháp phân tích hiện đại để đo thành phần các chất gây mùi đặc trưng như H2S, NH3, mercaptan, amine…

1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

1.4.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Con người có thể phân biệt 10.000 mùi khác nhau Các chất có cấu trúc hóa học tương

tự cũng có mùi tương tự Khi trộn lẫn các mùi với nhau, có khả năng một số mùi đặc trưng không thể cảm nhận được (Gostelow và cộng sự, 2001) [4]

Mùi có thể ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người, tác động đến mắt, mũi, cuống họng, nhức đầu, gây uể oải, dị ứng, suyển, viêm cuống phổi (Xavie Nicolay, 2006) [10]

Nghiên cứu của Zhongkun Ma và cộng sự [22] xác định nồng độc các chất gây mùi của ngành công nghiệp thủy sản được trình bày trong bảng 1.7

Bảng 1.7 Nồng độ của các hợp chất carbonyl gây mùi (ppb) trong không khí của nhà máy

chế biến thủy sản

Trong nhà xưởng Acetaldehyde 7.34 ± 20.2 17.9 ± 23.3 10.9 ± 9.74 KPH 88.0 Propionaldehyde 3.75 ± 4.48 8.90 ± 11.0 2.08 ± 2.07 KPH 35.7 Butylaldehyde 1.42 ± 3.02 7.90 ± 13.7 2.45 ± 1.62 KPH 50.8

Hợp chất Mùa xuân Mùa hè Mùa thu Min Max

Kolar đã cộng tác với Phó Giáo sư James Kastner đến từ Đại học Georgia để thiết kế một hệ thống lọc có thể làm tăng lượng chất xúc tác cho quá trình oxy hóa nhằm khử đi thứ mùi gây ô nhiễm Quy trình của họ có sử dụng các bon đã hoạt hóa và côban hoặc niken oxit ở cấp độ nano được đặt trong nhiệt độ phòng, vì thế không có sự hao tốn năng lượng và kết quả chỉ ra hai sản phẩm phụ là cacbon dioxit và nước nguyên chất

Dr Fazli Akyüz từ trường đại học Abant İzzet Baysal đã nghiên cứu vấn đề mùi trong ngành thuộc da Mẫu được lấy từ các khu vực có các công đoạn phát sinh mùi của quá trình thuộc da, được ngửi và đánh giá theo bảng đánh giá mùi bởi 6 người Kết quả thống kê cho thấy mùi nặng và khó chịu nhất thuộc công đoạn tẩy vôi và phụ nữ đánh giá mùi khó chịu hơn nam giới

Rames C Panda, Chokalingam Lajpathi Rai, Venkatasubramaniam Sivakumar, Asit Baran Mandal (2011) tiến hành nghiên cứu xử lý mùi phát sinh từ ngành thuộc da bằng tháp hấp phụ Kết quả xử lý các thành phần gây mùi đạt được khoảng 73 % với NH3

và 70,5% với khí H2S với dòng khí có nồng độ khí tương ứng là 800 ppm NH3 và 200 ppm H2S Khi tăng tải lượng hiệu quả xử lý giảm

D Suwardin và cộng sự (2004) đã nghiên cứu xử lý H2S và NH3 trong khí thải ngành chế biến cao su bằng công nghệ lọc sinh học Mục đích của nghiên cứu là xác định hiệu quả xử lý và động học của quá trình khử H2S và NH3 Kết quả nghiên cứu cho thấy

hiệu quả xử lý H2S và NH3 lần lượt là 95% và 99% và động học thích hợp cho quá trình khử là động học bậc nhất

Chih-Hao Perng và cộng sự (2011) nghiên cứu nhằm loại bỏ các hợp chất có mùi phát sinh từ ngành công nghiệp chế biến cao su Khí có mùi sử dụng trong nghiên cứu được tạo ra bằng cách hòa trộn không khí sạch với khí ô nhiễm được rút ra từ lò phản ứng trong đó bột cao su được giữ ở nhiệt độ 160oC và 200oC Hệ thống phản ứng gồm 2 cột được kết nối với nhau, một cột có 4 buồng phản ứng 1L Tùy thuộc vào cột có bố trí rửa khí hay không mà phản ứng oxy hóa dạng khô hoặc ướt

Hình 1.1 Mô hình nghiên cứu xử lý mùi ngành cao su

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng thiết bị oxy hóa dạng ướt cho hiệu quả tốt hơn dạng khô Hiệu quả xử lý VOCs và cường độ mùi lần lượt là 97% và 90% trong điều kiện vận hành với nồng độ ozone ban đầu là 4 ppm, THC (total hydrocarbon) là 6,5 – 10,3 ppm, nhiệt độ 37,3oC, thời gian lưu khí là 12s và tỷ lệ lỏng/khí là 0,01 m3/m3 Với các điều kiện phản ứng mô tả như trên, nồng độ mùi trong thí nghiệm có thể giảm từ 1738-

3090 xuống còn 31-98 với thời gian lưu khí 11,4-14,5s Than hoạt tính thích hợp cho việc loại bỏ các chất ô nhiễm còn sót lại trong đầu ra hệ thống xử lý ozone như VOCs, mùi và ozone

Hệ thống tưới ướt được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến cao su nguyên liệu tại Malaysia để giải quyết vấn đề mùi hôi Theo báo cáo của Yong và cộng sự (1987) hiệu quả khử mùi đạt được là 97% bằng cách sử dụng hệ thống trên

VFA

Mẫu từ nhà máy

Hiệu quả khử trung bình (%)

Khoảng giá trị (ppm)

Trung bình 

độ lệch

Khoảng giá trị (ppm)

Trung bình 

độ lệch Axit axetic 149-1703 977  709 59-965 347  430 64 Axit propionic 101-996 549  383 10-210 214  291 61 Axit isobutyric 42-646 307  252 6-16 10  5 97

Trong biofilter, amoniac hấp phụ vào bề mặt vật liệu lọc và hấp thụ vào phần nước của vật liệu lọc Nghiên cứu của Shoda (1991) cho thấy NH3 có khả năng được loại bỏ tối đa 15 g/m3/ngày trong một tháp lọc than bùn sinh học nhờ vào quá trình vật lý-hóa học

Trong bể lọc compost, Smet et al (2000) đã xác định dung lượng hấp phụ, hấp thụ trên một đơn vị thể tích vật liệu lọc (compost) là 490 g/m3 và 47 g/m3, tương ứng nồng độ NH3

đầu vào là 159 ppmv và độ ẩm khối ủ 40% Đồng thời NH3 với nồng độ lên đến 775 ppmv không gây độc tính trong hệ thống lọc sinh học compost

Gần đây, bên cạnh sự hiện diện của các vi khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter

thường được xem như là quá trình vi sinh chính cho xử lý NH3 (Terasawa et al., 1986; Van

Langenhove et al., 1988; Williams, 1995), các chi tự dưỡng Nitrosospira và Nitrospira

cũng được ghi nhận là chịu trách nhiệm cho quá trình nitrat hóa (Schramm et al., 2000; Regan et al., 2002) Kết quả của quá trình chuyển pha và (vi) xử lý sinh học, NH3 đã được loại bỏ hiệu quả ở nồng độ lên đến 50 ppmv

Weckhuysen et al (1994) đã chứng minh NH3 có thể được loại bỏ khoảng 83% hoặc cao hơn ở tải trọng khối lượng amoniac là 6,8 g/m3/ngày và 27,2 g/m3/ngày

Trong một bể lọc than bùn, khả năng loại bỏ NH3 (EC) lên đến 41 g/m3/ngày ở nồng độ đầu vào 20 ppmv (Hartikainen et al., 1996) Nghiên cứu khác của Joshi et al (2000) đã chứng minh 99,5% amoniac được loại bỏ ở nồng độ 50 ppmv và tải trọng NH3 trong khoảng 8,6 g/m3/ngày và 21,5 g/m3/ngày

Liang et al (2000) xác định NH3 có thể giảm 95% ở nồng độ đầu vào từ 20 ppmv và 500 ppmv trong hệ thống lọc sinh học than hoạt tính Tương tự như vậy, Kim et al (2002) đã

chứng minh NH3 có thể được loại bỏ 90% ở nồng độ đầu vào lên tới 150 ppmv trong một

hệ thống lọc sinh học sử dụng vật liệu lọc hình khối lập phương nhỏ polyurethane phủ một hỗn hợp bột than hoạt tính và zeolite tự nhiên

Đất có chứa nhiều vi sinh vật có khả năng oxy hóa các hợp chất VOCs và mùi khác Đất, phân bón, than bùn, vỏ cây … được sử dụng kết hợp trong lớp lọc sinh học Độ ẩm và sự phát triển của vi sinh vật là những yếu tố chính của lớp lọc sinh học Tính đồng nhất, tính thấm của lớp lọc sẽ quyết định việc hiệu quả xử lý khí thải Thời gian lưu trú cho lớp lọc phụ thuộc vào cơ chất đầu vào, ước tính khoảng 28s đến 56s Chiều cao của lớp lọc > 1m

và tốc độ dòng khí là 130m3/h

Để xử lý VOCs trong khí thải ngành sản xuất thuốc BVTV Anh và Ireland dùng than bùn đưa vào lớp lọc sinh học trong khi Đức sử dụng rác thải đô thị Sau một khoảng thời gian thích nghi ban đầu (3 tháng) hầu hết các thành phần VOC được giảm 99% với thời gian lưu qua lớp lọc của 51s Kết quả nghiên cứu đã xác định acetone, 2-butanol, n-butanol, butyl acetate, butyl benzen, ethyl benzene, n-heptan, methyl ethylacetone, 2-propanol, styrene, TCE, toluene, xylene có thể giảm đến 99% trong khi n-octan và n-pentane giảm 70% và 20% tương ứng khi xử lý bằng phương pháp lọc sinh học

Cộng hòa Liên bang Đức, Hà Lan đang dẫn đầu trong lĩnh vực lọc sinh học Gần đây, các nghiên cứu và triển khai xây dựng hệ thống lọc sinh học cho xử lý mùi ngày càng phổ biến Trong đó, các nghiên cứu chú trọng đến tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống lọc và sử dụng bổ sung các chủng vi khuẩn chuyên biệt cho xử lý khí thải các loại hình đặc trưng

1.4.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, các nghiên cứu xác định thành phần khí thải ô nhiễm chưa được đầu tư và triển khai nhiều Các khí thải chính được phân tích, chủ yếu là NH3; H2S, hơi acid và một

số dung môi hữu cơ: toluen, xylen, MEK, ethyl acetate, benzen Một số hợp chất phức tạp bao gồm mercaptan, diamine, alcohol, aldehyde, phenol chưa được phân tích phổ biến Thực trạng hiện nay cho thấy, ô nhiễm mùi đang là vấn đề cấp thiết cần được nghiên cứu chi tiết Số liệu nghiên cứu là cơ sở đánh giá chính xác thực trạng ô nhiễm môi trường, hỗ trợ các cơ quan quản lý trong việc thực thi công tác bảo vệ môi trường Các số liệu nghiên cứu cho phép công bố và cảnh báo đến người dân về tác hại của các khí thải ô nhiễm đến sức khỏe cộng đồng, từ đó đề xuất được các giải pháp phù hợp xử lý khí thải

Trung tâm Công nghệ và quản lý môi trường Centema thực hiện nghiên cứu đề tài

“Giảm thiểu ô nhiễm môi trường và tái sử dụng các sản phẩm phân hủy sinh học từ bãi chôn lấp rác” Kết quả điều tra bước đầu của nhóm nghiên cứu cho thấy mức độ cảm nhận mùi hôi tại bãi rác Đông Thạnh (Hóc Môn - TP HCM) được đánh giá là nặng, kéo dài khoảng 12 giờ/ngày Nước rỉ rác mới phát sinh gần đây có nồng độ ô nhiễm rất cao

TS Lê Đức Trung và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu Công nghệ xử lý mùi hôi từ quá trình sấy bột cá Kết quả đạt được như sau: Hệ thống công nghệ xử lý gồm các bước ngưng tụ, rửa nước và ôxy hóa bằng ôzôn cho thấy khả năng xử lý hiệu quả

nguồn khí thải này Hiệu quả xử lý các thành phần ô nhiễm gây mùi chủ yếu như NH3

và mercaptan trong khí thải của bước ngưng tụ đạt > 70 %, sau rửa nước và oxỵ hóa bằng ôzôn đạt > 95 % Thành phẩn khí thải sau hệ thống xử lý đảm bảo quy định cho phép xả thải ra môi trường theo QCVN 19:2009/BTNMT cột A và QCVN 20:2009/BTNMT

VSTT TSKH Phạm Quốc Quân đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Phương pháp mẫu xác định tương quan mờ giữa các mức ô nhiễm mùi” Về học thuật, Phương pháp mẫu xác định tương quan mờ giữa các mức ô nhiễm mùi cho phép tiếp cận và giải quyết các bài toán thanh tra, xây dựng quy trình xác định ô nhiễm mùi Theo ông, vấn đề ô nhiễm mùi cần được đầu tư nghiên cứu, giải quyết tổng thể từ phương pháp luận, xây dựng công cụ, đưa ra tiêu chuẩn và quy trình xác định nhằm đáp ứng nhu cầu, thanh tra, kiểm soát và quản lý môi trường

Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC) đã thực hiện các nghiên cứu về mùi như: Nghiên cứu xác định chỉ tiêu đánh giá ô nhiễm mùi phục vụ công tác thanh tra (Giai đoạn II); Nghiên cứu mô hình công nghệ thích hợp nhằm khống chế ô nhiễm do mùi hôi tại một số nhà máy chế biến mủ cao su và tinh bột khoai mì tỉnh Bình Phước; Nghiên cứu tìm giải pháp thích hợp để giảm thiểu ô nhiễm mùi tại một số cơ sở sản xuất gây ô nhiễm nghiêm trọng (Áp dụng thử nghiệm cho 01 Nhà máy chế biến mủ cao su, 01 nhà máy pha chế và 01 cửa hàng kinh doanh thuốc bảo vệ thực vật); Tại Nhà máy Liên doanh sản xuất thuốc trừ sâu (KOSVIDA) tại Bình Dương, khí thải có mùi hôi được đưa vào buồng đốt của lò hơi để phân huỷ (co-incineration) Tại một số cơ sở chế biến hạt điều, khí thải từ chảo chao dầu cũng được đưa vào buồng đốt để phân huỷ nhằm giảm thiểu mùi hôi Các lò đốt rác y tế do Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ môi trường, Trung tâm Công nghệ môi trường (ENTEC) thiết kế và chế tạo cũng sử dụng thêm buồng đốt thứ cấp nhằm thiêu huỷ các chất gây mùi hôi; Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC) đã phối hợp với Công ty DX nghiên cứu, triển khai công nghệ xử

lý mùi hôi bằng ôzôn cho một loạt các cơ sở sản xuất (thuốc trừ sâu, nấu xương và mỡ

bò, pha chế dược liệu, thuốc lá)

Nghiên cứu của PGS Phùng Chí Sĩ trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm

mô hình xử lý mùi hôi bằng công nghệ ôzôn tại 01 trại chăn nuôi heo quy mô lớn (trại chăn nuôi heo Bàu Bàng, Công ty TNHH Kim Long) và 01 trại nuôi heo quy mô gia đình (Trại chăn nuôi An Phước) trên địa bàn tỉnh Bình Dương Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý NH3, H2S và CH3SH của công nghệ lần lượt đạt 37,9-44,8%; 11,1-23,9% và 26-40%

1.5 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI

Có hai hướng chính để giải quyết vấn đề ô nhiễm mùi:

 Một là, giảm thiểu nồng độ phát thải chất có mùi để cho mùi của nó bớt đậm đặc, do đó

ít gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh

 Hai là, làm thay đổi hoặc ngụy trang chất lượng của mùi để mùi tỏa ra được dễ chịu hơn

Ở hướng thứ nhất, mùi được xử lý bằng cách giảm thiểu lượng phát thải từ nguồn, pha loãng khí có mùi bằng quá trình khuếch tán trong khí quyển, khử chất có mùi trong khí thải bằng hấp thụ, hấp phụ, oxy hóa hoặc biến đổi hóa học chất có mùi khó chịu thành chất

ít tỏa mùi hơn

Ở hướng thứ hai, mùi gốc ban đầu được ngụy trang bằng cách trộn thêm chất có mùi mạnh nhưng dễ chịu để át bớt mùi khó chịu của khí thải với điều kiện chất hòa trộn không có phản ứng hóa học với các chất có mặt trong khí thải để tạo thành những hợp chất mới gây phức tạp hơn cho vấn đề ô nhiễm môi trường

Sau đây là một số phương pháp xử lý chống ô nhiễm mùi được áp dụng phổ biến

1.5.1 Chống ô nhiễm mùi đối với môi trường bên trong nhà

Trong nhà ở và nhà công cộng, nguồn gây ô nhiễm mùi chủ yếu là bếp nấu thức ăn và khu

vệ sinh Biện pháp chống ô nhiễm mùi trong trường hợp này là tồ chức thông gió tốt cho khu phụ Đối với bếp ăn cần lắp đặt hệ thống hút cục bộ bên trên bếp đun, nếu cần có thể lắp thiết bị khử mùi bằng than hoạt tính trên hệ thống hút cục bộ để không gây ảnh hưởng cho khu vực bên ngoài Còn khu vệ sinh thì lắp đặt hệ thống hút chung và thải ra ngoài ở

độ cao thích hợp cách xa các công trình lân cận

Đối với nhà cao tầng hệ thống hút cục bộ cho khu phụ cần được tổ chức theo phương đứng, tức là miệng hút cục bộ từ các tầng được nối vào ống góp đứng dẫn lên mái và thải

ra ngoài ở độ cao thích hợp bằng sức hút tự nhiên hoặc cơ khí (quạt hút)

Lưu lượng khí cần hút để thông gió cho khu phụ thường được xác định theo bội số trao đổi

không khí m, tức thể tích không khí cần hút thải ra ngoài trong đơn vị thời gian gấp m lần

thể tích phòng Cũng có thể tính toán lưu lượng thông gió theo tiêu chuẩn đối với từng thiết bị đun nấu hoặc thiết bị vệ sinh

Đối với nhà công nghiệp, biện pháp thông gió hút thải cục bộ cho từng thiết bị công nghệ

có tỏa mùi là biện pháp hữu hiệu và hợp lý nhất cũng giống như hút cục bộ đối với các nguồn thải bụi và khí độc hại khác: tủ hút, chụp hút, miệng hút trên thành bể chứa chất tỏa độc hại kể cả mùi Song song với biện pháp hút thải cục bộ, trong công nghiệp thường được bố trí hệ thống thông gió thổi cục bộ hoặc thổi chung để cấp không khí sạch nhằm pha loãng nồng độ các loại hơi khí có mùi, độc hại còn lại trong phòng xuống đến giới hạn cho phép

1.5.2 Các phương pháp xử lý mùi

Sản xuất sạch hơn để giảm phát thải mùi là một ưu tiên hàng đầu, làm giảm khí phát sinh tại nguồn Biện pháp này đã được áp dụng thực tế tại một số cơ sở sản xuất công nghiệp tại

TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phòng, Việt Trì, Đồng Nai thông qua việc thực hiện các

dự án sản xuất sạch hơn do các tổ chức quốc tế tài trợ Hiện nay, Trung tâm Công nghệ Môi trường (ENTEC) đang phối hợp với Sở KHCN & MT tỉnh Bình Phước nghiên cứu áp

dụng các giải pháp sản xuất sạch hơn nhằm hạn chế ô nhiễm do mùi hôi tại một cơ sở chế biến mủ cao su và một cơ sở sản xuất tinh bột khoai mì

- Pha loãng – khuếch tán

- Ngụy trang mùi

1.5.2.1 Xử lý ô nhiễm mùi bằng quá trình hấp thụ

Hấp thụ là quá trình trong đó một hỗn hợp khí được cho tiếp xúc với chất lỏng nhằm mục đích hòa tan chọn lọc một hay nhiều cấu tử của hỗn hợp khí để tạo nên một dung dịch các cấu tử trong chất lỏng

Cơ cấu của quá trình hấp thụ có thể chia làm ba bước:

- Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ

- Thâm nhập và hòa tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ

- Khuếch tán chất khí đã hòa tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng khối chất lỏng hấp thụ

Hình 1.2 Quá trình hấp thụ xử lý khí

Dùng nước để hấp thụ khí độc hại nói chung và khử khí có mùi nói riêng là biện pháp đơn giản, ít tốn kém Tuy nhiên, độ hòa tan của các chất khí cần khử trong nước ở điều kiện bình thường không cao, do đó hiệu quả quá trình hấp thụ bằng nước là khá thấp, nhất là đối với những chất có mùi Thông thường, nồng độ ban đầu của những chất có mùi trong khí thải là tương đối thấp và nồng độ cuối sau khi xử lý lại càng phải rất thấp để đáp ứng yêu cầu về môi trường, do đó việc dùng nước để hấp thụ các chất có mùi trong nhiều trường hợp không đáp ứng được yêu cầu đề ra

Người ta có thể dùng các loại dung dịch khác nhau để tưới trong các loại thiết bị rửa khí như buồng phun rỗng, srubo có lớp đệm, srubo sủi bọt với mục đích khử các chất có mùi Cần lưu ý rằng các chất có mùi có thể ngấm vào bụi hoặc liên kết với bụi trong khí thải và khi dùng nước hoặc dung dịch để rửa khí thì hiệu quả khử mùi cũng phần nào được nâng cao vì các loại scrubo có tác dụng khử cả khí lẫn bụi Ngoài ra nếu nhiệt độ chất lỏng đủ thấp, khí có mùi có thể ngưng tụ trên bề mặt các giọt chất lỏng và do đó bị loại khỏi khí thải

Để loại bỏ amoniac, đặc biệt là từ các trang trại chăn nuôi heo, dung dịch hấp thụ có chứa

H2SO4 đã được áp dụng thành công Ưu điểm của quá trình này là sự hình thành dung dịch amoni sunfua – có thể sử dụng như một dạng phân bón Quá trình này thường kết hợp với lọc sinh học tiếp theo sau để loại bỏ các mùi còn lại (Hahne và Vorlop năm 2001; Sattler

và cộng sự, 2000)

Đối với việc loại bỏ các chất có tính axit, như H2S có thể được sự xử lý bằng dung dịch hấp thụ có chứa hydoxi natri hoặc kali Bằng cách này, các hợp chất sunfua hữu cơ có thể được xử lý (Ammann và cộng sự., 2001) Tuy nhiên, các loại muối và bùn phát sinh có thể gây tốn kém trong việc thải bỏ hoặc xử lý (Fischer, 2004)

1.5.2.2 Xử lý ô nhiễm mùi bằng quá trình hấp phụ

Xử lý khí thải bằng phương pháp hấp phụ là quá trình xử lý dựa trên sự phân ly khí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số loại khí có mặt trong hỗn hợp khí, trong quá trình

đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt vật liệu rắn Vật liệu rắn được sử dụng trong quá trình này gọi là chất hấp phụ (adsorbent), còn chất khí bị giữ lại trong chất hấp phụ được gọi là chất bị hấp phụ (adsorbate)

Dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ khác như silicagel, alumogel để khử mùi là phương pháp đơn giản, hiệu quả và cho hiệu quả khử cao đối với nhiều loại chất có mùi khác nhau Đặc biệt là than hoạt tính được sử dụng rất phổ biến cho những trường hợp khác nhau sau đây:

 Khử mùi đối với khí thải trước khi xả ra bầu khí quyển

 Khử mùi đối với không khí ngoài trời trong các hệ thống thông gió thổi vào để cấp không khí trong sạch theo yêu cầu vệ sinh cho gian phòng, phân xưởng sản xuất Trường hợp này thường gặp khi công trình nằm gần khu công nghiệp có tỏa mùi độc hại

 Khử mùi đối với không khí tuần hoàn: Trong các hệ thống điều hòa không khí hoặc sưởi ấm bằng gió nóng, để tiết kiệm nhiệt (lạnh) người ta áp dụng phương pháp tuần hoàn một phần không khí đã thổi vào phòng, lúc đó nếu trong phòng có nguồn tỏa mùi thì cần phải khử mùi đối với không khí tuần hoàn trước khi sử dụng lại

Trong nhà ở, trên bếp đun nấu thức ăn cũng thường được áp dụng phương pháp khử mùi bằng than hoạt tính theo nguyên tắc tuần hoàn, tức hút không khí trên bếp cho qua bộ phận khử mùi bằng than hoạt tính rồi thổi trở lại vào phòng

Bề dày lớp than hoạt tính trong thiết bị khử mùi có thể thay đổi trong phạm vi rộng tùy từng trường hợp cụ thể phụ thuộc vào lưu lượng khí cần xử lý, loại chất có mùi cần khử, thời gian làm việc Lớp mỏng là 30 – 100 mm, lớp dày có thể lên đến 300 – 800 mm Vận tốc khí tính trên toàn tiết diện ngang của lớp vật liệu hấp phụ nằm trong khoảng 2 – 2.5m/s

Hình 1.3 Quá trình hấp phụ xử lý khí bằng than hoạt tính

Sự hấp phụ thường được sử dụng như một bước làm giàu trước khi xử lý nhiệt (Anguil, 1998) Nó cũng có thể được kết hợp với các công nghệ khác như lọc sinh học Sự kết hợp này rất phù hợp với những công ty có nồng khí độ khí xả thải biến động như do sản xuất không liên tục, vì lọc sinh học có xu hướng ít hiệu quả trong điều kiện biến đổi Trong những trường hợp này, hấp phụ có thể nạp được kịp thời nồng độ khí thô cao và giải hấp khi nồng độ đầu vào thấp ví dụ như ban đêm Bằng cách này, lọc sinh học có thể hoạt động với nồng độ không đổi (Paul và cộng sự, 2001; Herzog and Thißen, 1997) Tuy nhiên hàm lượng ẩm cao thường có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hấp phụ

Tại Việt Nam, một số thể thống xử lý mùi bằng phương pháp hấp phụ đã được áp dụng

Hệ thống xử lý khí thải có mùi hôi tại Nhà máy chế biến bột cá Kiên Giang do Viện Kỹ thuật nhiệt đới và Bảo vệ môi trường thiết kế, chế tạo đã sử dụng chất hấp phụ là phân rác

Hệ thống xử lý khí thải có mùi hôi tại Nhà máy chế biến bột cá Phú Yên do Viện Môi trường và Tài nguyên thiết kế, chế tạo đã sử dụng chất hấp phụ là than hoạt tính

1.5.2.3 Xử lý ô nhiễm mùi bằng phương pháp thiêu đốt

Xử lý nhiệt cơ bản có thể áp dụng để xử lý bất kỳ nguồn thải nào Khử mùi bằng phương pháp thiêu đốt được áp dụng rộng rãi khi trong khí thải có chứa các chất hữu cơ có mùi nồng độ cao Có thể đốt trực tiếp hoặc đốt có xúc tác Trường hợp đốt trực tiếp cần đảm bảo nhiệt độ trong phạm vi 600 – 8000C và dùng khí đốt thiên nhiên để đốt, có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng sử dụng các hệ thống tiên tiến có thu hồi nhiệt Trường hợp đốt

có xúc tác, có thể hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, nhiệt độ cần duy trì ở mức 250 – 4500C Phản ứng cháy của một số chất có mùi dễ bay hơi (VOC) có thể nêu làm ví dụ sau đây:

Phương pháp thiêu đốt đang dần chiếm vị trí quan trọng trong xử lý khí thải do những quy định ngày càng nghiêm ngặt của khí phát thải Hơn nữa, xử lý khí thải bằng phương pháp thiêu đốt có thể được tận dụng ngay bên trong nhà máy nơi mà các thiết bị nhiệt bắt buộc phải vận hành như lò hơi Tuy nhiên vấn đề ăn mòn và tích tụ trong đang đơn vị đốt có thể xảy ra tùy thuộc vào thành phần của khí thải

Nhược điểm của phương pháp thiêu đốt là chi phí vận hành cao trong trường hợp phải cấp thêm khí đốt thiên nhiên và tạo ra các khí thải thứ cấp như oxit nito và lưu huỳnh

Phương pháp thiêu huỷ các chất khí có mùi nhằm tránh ô nhiễm đã được áp dụng tại một

số cơ sở sản xuất và dịch vụ tại Việt Nam Tại Nhà máy Liên doanh sản xuất thuốc trừ sâu (KOSVIDA) tại Bình Dương, khí thải có mùi hôi được đưa vào buồng đốt của lò hơi để phân huỷ (co-incineration) Tại một số cơ sở chế biến hạt điều, khí thải từ chảo chao dầu cũng được đưa vào buồng đốt để phân huỷ nhằm giảm thiểu mùi hôi Các lò đốt rác y tế do Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ môi trường, Trung tâm Công nghệ môi trường (ENTEC) thiết kế và chế tạo cũng sử dụng thêm buồng đốt thứ cấp nhằm thiêu huỷ các chất gây mùi hôi

Oxy hóa có xúc tác

1.5.3.4 Xử lý khí có mùi và chất dễ bay hơi (VOC) bằng quá trình ngưng tụ

Dưới áp suất nhất định mọi chất khí đều có nhiệt độ ngưng tụ (cũng tức nhiệt độ sôi) tương ứng của chúng Nếu làm lạnh khí thải đến dưới nhiệt độ ấy thì chất khí, hơi cần khử sẽ ngưng tụ thành dịch tách ra khỏi khối khí thải và được thu hồi bằng phương pháp phân ly trọng lực

Cũng như các phương pháp hấp thụ, hấp phụ hoặc thiêu đốt, phương pháp ngưng tụ có thể

áp dụng để khử mọi loại hơi, khí độc hại nói chung trong đó có cả những chất có mùi Tuy nhiên, tùy thuộc theo nhiệt độ ngưng tụ của chất khí cần khử cao hay thấp mà phương pháp ngưng tụ có thể áp dụng được tiện lợi và kinh tế hay không

Công nghệ khống chế ô nhiễm mùi hôi bằng phương pháp làm lạnh để ngưng tụ chất gây mùi, hạn chế bay hơi, hạn chế phân huỷ đã được sử dụng tại một số nơi tại Việt Nam Hiện nay, TP Hồ Chí Minh đang xây dựng các buồng lạnh để tạm chứa rác thải y tế trong thời gian chờ chuyên chở đến lò đốt tập trung Một số cơ sở sản xuất sơn, keo, hoá chất hữu cơ, tinh dầu cũng phải áp dụng công nghệ làm lạnh để thu hồi dung môi kết hợp giảm phát thải các chất hữu cơ gây mùi vào môi trường

1.5.3.5 Xử lý sinh học

Các hệ thống xử lý sinh học khí thải dựa trên hoạt động của các vi sinh vật có khả năng phẩn hủy các chất ô nhiễm hữu cơ từ dòng khí thải (Bardtke, 1990) Các vi sinh vật sử dụng các chất khí có mùi và oxy hóa chúng, tối ưu đến CO2 và H2O hay các sản phẩm không mùi khác Chính vì vậy, đây là phương pháp xử lý các chất gây mùi bền vững không gây các vấn đề môi trường liên quan đến các vật liệu như dung dịch hấp thụ, dung dịch làm ẩm Hơn nữa, nếu có, chỉ một ít chất hóa học cần được thêm vào và chi phí năng lượng là khá thấp vì chúng vận hành ở áp suất và nhiệt độ thường Theo đó, chi phí đầu tư

và vận hành hệ thống sinh học tương đối thấp (Ergas and Ca´rdenas-Gonza´les, 2004; Devinny et al., 1999)

Có hai dạng phổ biến sử dụng trong xử lý mùi phát sinh:

- Lọc sinh học

- Tháp rửa sinh học/ Lọc sinh học nhỏ giọt

Hệ thống sinh học đóng một vai trò quan trọng trong việc kiểm soát VOCs và các khí có mùi phát thải trong các ngành công nghiệp Một số phương pháp xử lý sinh học thường được sử dụng trong xử lý khí thải là lọc sinh học, lọc sinh học nhỏ giọt và tháp rửa sinh học Màng sinh học membrane là một trong số các phương pháp sinh học mới được phát triển và áp dụng trong xử lý VOCs và các chất khí gây mùi (Shareefdeen and Singh, 2005; Kumar et al., 2008a,b)

Lọc sinh học (Biofilter – BF)

Trong phương pháp lọc sinh học, dòng khí ô nhiễm được dẫn qua lớp vật liệu lọc xốp, chuyển từ pha khí sang màng sinh học (pha lỏng hay pha ẩm) và tại đây xảy ra sự oxi hóa sinh học VOCs và các chất khí gây mùi

BF được sử dụng khá rộng rãi trong việc xử lý các thành phần ô nhiễm vô cơ và hữu cơ trong các dòng thải công nghiệp và đô thị Mặc dù, truyền thống nó được sử dụng để xử lý các khí có mùi từ các nhà máy xử lý nước thải hay các cơ sở sản xuất phân compost, nhưng hiện nay BF được ứng dụng rộng rãi trong xử lý VOCs và các chất khí có mùi Trong số các chất khí gây mùi như NH3, H2S, Mercaptan, … nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng hơn 60 trong 189 chất khí độc hại có thể được xử lý thành công bằng lọc sinh học (Devinny et al., 1999; Shareefdeen and Singh, 2005) Tại châu Âu, hơn 600 ngành công nghiệp sản xuất hóa chất sử dụng BF để khử mùi và xử lý VOCs

BF thường được áp dụng các nguồn thải có thể tích lớn với nồng độ các chất khí gây mùi

và VOCs thấp BF có những ưu và nhược điểm sau:

Ưu điểm:

- Hiệu quả về chi phí ( chi phí đầu từ và vận hành thấp)

- Sự sụt giảm áp lực nhỏ

- Xử lý dòng thải có lưu lượng lớn với nồng độ thấp các chất khí gây mùi và VOCs

- Không phát sinh các dòng thải thứ cấp

Nhược điểm:

- Tắc nghẽn do các vấn đề hạt vật chất

- Các vấn đề hư hỏng phương tiện

- Hiệu quả xử lý không cao khí nồng độ các chất khí ô nhiễm đầu vào cao

- Khó khăn trong việc kiểm soát pH và độ ẩm

Hình 1.4 Lọc sinh học

Có 2 dạng thiết kế: dạng mở (dòng khí từ dưới lên, phát thải trực tiếp ra bên ngoài và yêu cầu diện tích lớn), dạng kín (dòng khí có thể được thiết kế theo 2 hướng đi lên hoặc đi xuống, lắp đặt trong phòng kín và yêu cầu không gian nhỏ hơn)

Lọc sinh học nhỏ giọt (Biotrickling Filter – BTF)

Trong hệ thống lọc này, khí được cho qua một khối giá thể được nén lại, và khối này được tưới liên tục bằng dung dịch chứa các chất dinh dưỡng cần thiết theo yêu cầu của hệ thống sinh học Một số nghiên cứu chỉ ra rằng việc thiết kế cấu hình thuận hay ngược của pha khí

và lỏng không ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý (Cox and Deshusses, 1999) Vi sinh vật phát triển trên vật liệu được nén lại gọi là màng sinh học Các chất ô nhiễm được xử lý ban đầu bằng hấp thụ màng dung dịch bao quanh màng sinh học và sau đó sự phân hủy sinh học diễn ra trong lớp màng sinh học Những ưu và nhược điểm của lọc sinh học nhỏ giọt:

- Tích lũy sinh khối dư thừa trong bể lọc

- Phức tạp trong xây dựng và hoạt động

- Tạo ra các dòng thải thứ cấp

Hình 1.5 Lọc sinh học nhỏ giọt

Do cơ chế nhỏ giọt thường xuyên, quá trình lọc sinh học thích nghi hơn cho việc loại bỏ các VOCs hòa tan trong nước Tuy nhiên khi sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và các chất ô nhiễm xảy ra đồng thời (Cox and Deshusses, 1999), các thông số hòa tan ít nghiêm ngặt hơn tháp rửa sinh học Trong BTF điển hình, nồng độ VOC đầu vào nhìn chung thấp 0,5g/m3 Sự bổ sung liên tục các dung dịch dinh dưỡng tạo điều kiện cho việc kiểm soát các thông số vận hành sinh học

BTF được áp dụng rộng rãi trong xử lý VOC và mùi Khi so sánh với BFs sử dụng compost hay đất truyền thống, chỉ giới hạn trong việc loại bỏ các chất có mùi và các hợp chất hay hơi không chứa clo, BTFs có phạm vi xử lý rộng hơn do các điều kiện môi trường

có thể được kiểm soát tốt hơn và các chất chuyển hóa độc hại được thanh lọc ra khỏi hệ thống theo dòng thải

Oh and Bartha (1997) đã nghiên cứu xử lý nitro benzen bằng hệ thống BTF quy mô phòng thí nghiệm, sử dụng vi sinh vật được làm giàu từ bùn thải và cố định nó trên đá perlite.Với nồng độ đầu vào 100-300mg/m3, hiệu quả xử lý đạt được dao động trong khoảng 80-90%

và thời gian tiếp xúc giá thể trống là 21 giây Điều này tương ứng với công suất loại bỏ là 50g/m3/h Với 2 hợp chất khác là diethyl ether và methyl tert-butyl ether (MTBE) cũng được nghiên cứu xử lý bằng BTFs Kết quả xử lý đạt 75% với nồng độ đầu vào của MTBE

là 0,8 g/m3, thời gian tiếp xúc là dưới 1 phút tương ứng với công suất xử lý là 50g/m3/h

Cho đến nay, người ta cho rằng để xử lý sinh học thành công trong hệ thống BTFs, yêu cầu thời gian tiếp xúc trong khoảng từ 10 – 30 giây (Wu et al., 2001) Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng thời gian lưu có thể giảm xuống còn 5 giây (Shareefdeen and Singh, 2005) Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt dung dịch kiềm được chứng minh là rất hiệu quả trong việc xử lý khí có mùi H2S (Sanchez et al., 2008)

sự hấp thụ VOCs với đơn nguyên hấp thụ

Hình 1.6 Tháp rửa sinh học

- Rửa sinh học thích nghi hơn trong việc xử lý VOCs dễ hòa tan (rượu, xeton) với hệ

số Henry thấp (<0,01) và nồng độ nhỏ hơn 5g/m3 trong pha khí

- Cung cấp diện tích bề mặt riêng để chuyển hóa khí – lỏng thấp (<300m2/m3)

- Sản sinh bùn dư thừa

- Phát sinh chất thải lỏng

Tháp rửa sinh học thường được xem là hiệu quả trong xử lý các khí thải chứa các hợp chất

ô nhiễm dễ hòa tan trong nước, nhưng phụ thuộc vào nồng độ và loại chất ô nhiễm, tháp rửa sinh học có thể hiệu quả với các khí có mùi với những đặc tính khác

Khi nồng độ các chất ô nhiễm cao cần được xử lý, tháp rửa sinh học ưu thế hơn so với lọc sinh học và lọc sinh học nhỏ giọt và tháp rửa hóa học (> 0,5 g/m3) Kết hợp tháp rửa sinh học với một số bước hoàn chỉnh sẽ cải thiện hiệu quả xử lý các khí với các hợp chất ưa nước và kỵ nước

Tháp rửa sinh học thường có hiệu quả xử lý cao hơn với các chất khí phát sinh từ chất thải dạng lỏng như H2S, NH3 và các hợp chất hữu cơ chứa S Tuy nhiên, do tính chất axit hóa của các hợp chất này, sự oxi hóa và sản phẩm là axit sunfuric trong tháp rửa có thể làm giảm pH và giảm hiệu quả chuyển hóa sinh khối

Hệ thống sinh học membrane

Hệ thống sinh học màng membrane được thiết kế thay thế cho các hệ thống sinh học truyền thống trong xử lý khí thải, cho phép xử lý các chất ô nhiễm một cách có chọn lọc, điều này là không thể đối với các hệ thống sinh học khác

Trong một đơn nguyên lọc sinh học, khí thải được thời qua lớp vật liệu lọc, nơi các vi sinh vật tiêu thụ và phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dạng khí Một ưu điểm của hệ thống sinh học membrane so với lọc sinh học là sự có mặt riêng rẽ của pha nước cho phép tạo ẩm tối

ưu đối với sinh khối và loại bỏ các sản phẩm phân hủy, do đó tránh được việc khử hoạt tính của sinh khối Trong hệ thống sinh học membrane, diện tích bề mặt lỏng/khí lớn (1000-10.000m2/m3 có thể được tạo trong sợi rỗng) (Rautenbach and Albrecht,1989), cho phép tốc độ chuyển hóa cao Sự sụt giảm áp lực khí nhỏ hơn nhiều so với BFs

Những ưu và nhược điểm của lò phản ứng sinh học membrane:

Ưu điểm:

- Không có bộ phận chuyển động

- Quá trình dễ dàng mở rộng quy mô

- Dòng chảy của khi và lỏng có thể thay đổi một cách độc lập

Nhược điểm:

- Chi phí xây dựng cao

- Sự ổn định trong vận hành là quá trình lâu dài

Hình 1.7 Hệ thống màng sinh học MBR 1.5.3.6 Phương pháp oxy hóa không dùng nhiệt

Bên cạnh phương pháp oxy hóa bằng nhiệt, một vài kỹ thuật oxy hóa lạnh được sử dụng trong xử lý khí thải có mùi như oxy hóa bằng UV, plasma đã được đầu từ trong những năm gần đây

Xử lý bằng UV thành công trong việc khử trùng nước uống hay xử lý nước có chứa các thành phần khó phân hủy Công nghệ này dựa trên sự hình thành tia UV tạo ra các gốc tự

do có hoạt tính cao và các ion có thể oxy hóa các phân tử hữu cơ Đã có nhiều nghiên cứu

áp dụng phương pháp này trong xử lý khí thải Tuy nhiên, hiệu quả đáng kể chỉ thu được khi sử dụng tia UV hiệu suất cao, điều này dẫn đến nhu cầu năng lượng cao, không phù hợp với việc xử lý các khí thải có mùi (Fischer, 2001, 2004)

Các công nghệ plasma phi nhiệt sử dụng dòng điện xoay chiều hay bức xạ vi sóng để tạo

ra các phân tử có hoạt tính cao Giống như tia UV, các ion và gốc hoạt tính được hình thành và sẽ phản ứng với các hợp chất có mùi Cả plasma, phi nhiệt và bức xạ UV đều hình thành nên ozon, cần phải được loại bỏ bằng các chất xúc tác tiếp theo (Fischer, 2001)