Xử lý mùi hôi rác sinh hoạt ở các trạm trung chuyển bằng công nghệ biofilter

TÓM TẮT LUẬN VĂN Nghiên cứu này đánh giá khả năng xử lý mùi phát sinh từ rác thải sinh hoạt tại các trạm trung chuyển bô rác bằng phương pháp lọc sinh học thông qua việc sử dụng vật liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-  -

LÊ MINH TÂM

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2017

Cán bộ hướng dẫn chính TS NGUYỄN TRUNG THÀNH

Cán bộ đồng hướng dẫn TS TRẦN TIẾN KHÔI

Cán bộ chấm nhận xét 1

Cán bộ chấm nhận xét 2

Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TpHCM ngày….tháng….năm 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sỹ gồm:

1 PGS.TS NGUYỄN PHƯỚC DÂN – Chủ tịch Hội đồng………

2 TS NGUYỄN XUÂN DƯƠNG - Ủy viên Hội đồng…………

3 TS NGUYỄN NHẬT HUY – Cán bộ chấm nhận xét 1………

4 TS LÊ ANH KIÊN – Cán bộ chấm nhận xét 2………

5 TS VÕ NGUYỄN XUÂN QUẾ - Thư ký Hội đồng….………

MÔI TRƯỜNG & TÀI NGUYÊN

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 09/02/1985 Nơi sinh : TpHCM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Mã số : 60520320

I TÊN ĐỀ TÀI: XỬ LÝ MÙI HÔI RÁC SINH HOẠT Ở CÁC TRẠM TRUNG CHUYỂN BẰNG CÔNG NGHỆ BIOFILTER

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đánh giá hiệu quả xử lý các chất gây mùi

trong rác thải sinh hoạt thông qua quá trình vận hành mô hình biofilter

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 1/7/2017

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc đến TS Nguyễn Trung Thành và TS.Trần Tiến Khôi đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực hiện luận văn Tôi đã được học hỏi, tích lũy thêm nhiều kiến thức và kinh nghiệm cho mình trong thời gian làm việc với hai thầy để hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến tập thể quý thầy cô Khoa Môi Trường

& Tài Nguyên trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng

dạy trong thời gian tôi học tập tại trường

Một lời cảm ơn sâu sắc khác tôi xin gởi tới các Ban Giám đốc cũng như nhân viên trong Công ty TNHH MTV Dịch Vụ Công Ích Quận Phú Nhuận đã giúp đỡ, góp ý, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi đặt mô hình trong trạm trung chuyển và tiến hành các công việc khác để hoàn thành luận văn

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn từ tận đáy lòng đến gia đình, bạn bè – những người đã, đang và luôn hỗ trợ, giúp đỡ, động viên tôi về mặt tinh thần trong học tập và quá trình thực hiện đề tài này

Tp.HCM, ngày tháng năm 2017

Sinh viên thực hiện

Lê Minh Tâm

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nghiên cứu này đánh giá khả năng xử lý mùi phát sinh từ rác thải sinh hoạt tại các trạm trung chuyển (bô rác) bằng phương pháp lọc sinh học thông qua việc sử dụng vật liệu đệm là phân compost trộn với bùn hoạt tính để xử

lý các loại khí gây mùi thường gặp trong rác thải sinh hoạt (NH3, H2S và mercaptan) Kết quả vận hành mô hình lọc sinh học với lưu lượng khí 11,44

m3/h, thời gian lưu khí qua lớp vật liệu – EBRT 19,67s cho thấy mô hình có khả năng thích nghi với thành phần khí thải đa dạng từ bô rác Hiệu suất xử

lý NH3 khi nồng độ hiện diện NH3 cao nhất trong mẫu khí đầu vào là l47,3 mg/m3 đo được dao động trong khoảng 82,3% – 94,96% Hiệu suất xử lý mercaptan đo được từ 50 - 60% Bên cạnh đó, nồng độ khí H2S phát hiện được rất thấp, chỉ khoảng 0,032 mg/m3

là hoàn toàn khả thi Đây có thể được xem là một bước tiến gần hơn đến mong muốn xử lý hoàn toàn và không gây ra ô nhiễm thứ cấp

Hơn nữa, nghiên cứu này còn mở thêm một hướng ứng dụng mới của phân compost, vốn đang là một sản phẩm giá rẻ, có thể sản xuất với số lượng lớn và là một giải pháp cho các bãi chôn lấp rác sinh hoạt đang dần trở nên lạc hậu và quá tải của TpHCM

ABSTRACT

This study is to evaluate the ability of the BIOFILTER to process the odor generated from domestic waste at the feeder terminals by controlling the efficiency of the treatment of common odor gas Encountered in domestic waste (NH3, H2S and mercaptan) Results of operation of biofilter model (BIOFILTER) with air flow of 11.44 m3/h, air passage through the materiallayer - EBRT 19.67s showed that the model was able to adapt to the exhaust gas composition varied from rubbish bin The NH3 treatment efficiency when the highest NH3 presence concentration in the inlet gas sample was 47.7mg/m3 measured in the range of 82.3% - 94.96% The mercaptan processing efficiency is about 50 - 60% In addition, the concentration of H2S detected is very low, only about 0.03 mg/m3 - negligible for sensation of smell In addition, the results of the comparison of the nitrogen load between the gas phase and the water phase at the end of the study showed that part of the nitrogen in the exhaust gas was not converted to nitrate, but the NH3treatment efficiency remained high This can be concluded that the denitrification process has begun to form in the biofilter This can be considered a step closer to the desire for complete treatment and not to cause secondary pollutions

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên : Lê Minh Tâm MSHV : 13250591

Ngày tháng năm sinh : 09/02/1985 Giới tính: Nam

Nơi Sinh : Tp.HCM

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Môi Trường MS : 60520320

Tên đề tài: XỬ LÝ MÙI HÔI RÁC SINH HOẠT Ở CÁC TRẠM TRUNG CHUYỂN BẰNG CÔNG NGHỆ BIOFILTER

Ngày bắt đầu nhận đề tài : 01/03/2016

Ngày hoàn thành : 01/07/2017

Cán bộ hướng dẫn chính : TS Nguyễn Trung Thành

Cán bộ đồng hướng dẫn : TS Trần Tiến Khôi

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của Tôi Những số liệu và kết quả được nêu trong luận văn chưa được ai công bố dưới bất kỳ hình thức nào Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường về sự cam đoan này

Tp.HCM, ngày tháng 06 năm 2017

Lê Minh Tâm

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá chất hữu cơ

Thời gian lưu khí qua lớp vật liệu

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Loading Rate Tải trọng nitơ

Chỉ số mùi

Các chất hữu cơ dễ bay hơi

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1 Quá trình hấp phụ (Zarook S và ctv, 2005) 29

Hình 2 2 Quá trình hấp thụ (Zarook và cộng sự, 2005) 30

Hình 2 3 Quá trình lọc sinh học (Zarook S và ctv, 2005) 33

Hình 2 4 Mô hình hấp thụ - sinh học (Zarook S và ctv, 2005) 34

Hình 2 5 Mô hình bùn hoạt tính lơ lửng (Zarook S và ctv, 2005) 34

Hình 2 6 Nguyên lý hoạt động cơ bản của lọc sinh học (Zarook S và ctv, 2005) 41

Hình 2 7 Chu trình nitơ (Zarook S và ctv, 2005) 41

Hình 3 1 Mô hình thùng rác……….45

Hình 3 2 Cột lọc sinh học (Trạm trung chuyển Nguyễn Kiệm) 46

Hình 3 3 Giá thể sinh học được làm ẩm bằng hệ thống vỉ ẩm 48

Hình 3 4 Hệ thống van tiết lưu cho tuần hoàn về đầu hút 48

Hình 3 5 Nhóm vi khuẩn xử lý hợp chất của lưu huỳnh 49

Hình 3 6 Các thông số cơ bản thiết kế lọc sinh học (S.F Adler, 2001) 53

Hình 3 7 Mô hình lọc sinh học 62

Hình 3 8 Mô hình LỌC SINH HỌC trong thực tế 63

Hình 3 9 Trạm trung chuyển rác (trạm trung chuyển Nguyễn Kiệm – Phú Nhuận) 66

Hình 4 1 Tổng hợp kết quả phân tích COD trên cột bùn 70

Hình 4 2 Tổng hợp kết quả phân tích N-NH4+ trên cột bùn 71

Hình 4 3 Tổng hợp kết quả phân tích NO3- trên cột bùn 72

Hình 4 4 Bùn hoạt tính trước (a) và sau (b) giai đoạn thích nghi 73

Hình 4 5 COD giai đoạn thích nghi bùn hoạt tính 73

Hình 4 6 COD giai đoạn thích nghi và sinh trưởng bùn xử lý nitơ 75

Hình 4 7 Biểu đồ N-NH 4 + 75

Hình 4 8 N-NO 3 - giai đoạn thích nghi và sinh trưởng bùn xử lý nitơ 76

Hình 4 9 Tổng hợp kết quả phân tích NH 3 trên lọc sinh học 77

Hình 4 10 Hiệu suất xử lý khí NH 3 79

Hình 4 11 Lọc sinh học đã bọc giấy bạc 80 Hình 4 12 NH3 giai đoạn ổn định 82 Hình 4 13 Thu mẫu khí NH3 đầu vào 78

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 Thành phần chất thải đặc trưng từ nguồn thải sinh hoạt 17

Bảng 2 2 Thành phần cơ lý của rác sinh hoạt ở các nước và ở TP HCM 18

Bảng 2 3 Bảng thống kê lượng RTSH phát sinh theo khu vực 19

Bảng 2 4 Bảng thống kê lượng RTSH theo loại đô thị 20

Bảng 2 5 Nồng độ một số thành phần chất khí trong mùi rác thải 22

Bảng 2 6 Giá trị OI của một số thành phần chất khí trong mùi rác thải 23

Bảng 2 7 Phân loại độc hại dung dịch NH 3 24

Bảng 2 8 Giới hạn nồng độ NH 3 tác động đến sức khỏe con người 24

Bảng 2 9 Một số giới hạn cơ bản của H 2 S được quy định 26

Bảng 2 10 Khả năng hấp phụ của một số loại vật liệu 29

Bảng 2 11 Ưu nhược điểm của phương pháp vật lý –hóa học 31

Bảng 2 12 Đánh giá quá trình vận hành của các phương pháp sinh học 35

Bảng 2 13 Ưu – nhược điểm trong việc áp dụng một số phương pháp sinh học 36

Bảng 2 14 Thông số thiết kế – vận hành cơ bản lọc sinh học trong 39

Bảng 2 15 Ưu – nhược điểm của Lọc sinh học với vật liệu đệm 43

Bảng 2 16 Danh mục các ngành công nghiệp ứng dụng lọc sinh học 44

Bảng 3 1 Bội số thông gió (n) 61

Bảng 3 2 Phương pháp phân tích mẫu 66

Bảng 4 1 Nồng độ khí NH 3 đầu vào và đầu ra 79

Bảng 4 2 Tải trọng N-NH3 theo hình 4.18 82

Bảng 4 3 So sánh với các nghiên cứu khác 79

Bảng 4 4 Kết quả xử lý NH 3 , H 2 S và mercaptan trong khí thải vào và ra khỏi mô hình 79

Bảng 4 5 Bảng giá trị QCVN 06:2009/BTNMT 82

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 12

1.1 Đặt vấn đề 12

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 13

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 13

1.2.2 Những nội dung cần nghiên cứu 13

1.3 Phạm vi – giới hạn của đề tài 14

1.4 Địa điểm thực hiện 14

1.5 Ý nghĩa và tính mới của đề tài 14

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 16

2.1 Tổng quan về mùi từ rác thải sinh hoạt 16

2.1.1 Tổng quan về rác thải sinh hoạt 16

2.1.2 Tổng quan về mùi phát sinh từ rác thải sinh hoạt 21

2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý mùi 27

2.2.1 Phương pháp vật lý – hóa học 27

2.2.2 Phương pháp sinh học 32

2.2.3 Lịch sử phát triển nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc sinh học biofilter 36

2.3 Tổng quan về công nghệ lọc sinh học Biofilter 37

2.3.1 Cấu tạo 39

2.3.2 Nguyên lý hoạt động 40

2.3.3 Ưu – nhược điểm 43

2.3.4 Ứng dụng 43

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

3.1 Vật liệu nghiên cứu 45

3.1.1 Nguồn thải tạo mùi: 45

3.1.2 Giá thể sinh học 46

3.1.3 Bùn hoạt tính 48

3.2 Nội dung nghiên cứu 50

3.3 Mô hình nghiên cứu 51

3.3.1 Nguyên lý thiết kế 51

3.3.2 Khởi động mô hình 63

3.3.3 Vận hành mô hình 64

3.4 Phương pháp phân tích mẫu 66

CHƯƠNG 4 NUÔI THÍCH NGHI VÀ PHÁT TRIỂN NHÓM SINH VẬT CÓ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NITƠ 68

4.1 Kết qủa thích nghi bùn hoạt tính cấy giá thể lọc 68

4.1.1 Thích nghi bùn hoạt tính 68

4.1.2 Giai đoạn thích nghi và phát triển của nhóm vi sinh vật có khả năng xử lý nitơ 73

4.2 Vận hành mô hình lọc sinh học 76

4.2.1 Giai đoạn khởi động 78

4.2.2 Giai đoạn ổn định 78

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

5.1 Kết luận 83

5.2 Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển về dân số và chất lượng đời sống, rác thải sinh hoạt hiện đang là vấn đề cấp thiết đang được quan tâm của toàn xã hội Những khó khăn thường thấy của công tác thu gom, phân loại, tái chế và xử lý rác thải sinh hoạt như khối lượng rác phát sinh ngày càng nhiều do sự gia tăng dân số, chất lượng rác phức tạp do chưa được phân loại tại nguồn và thói quen chưa tốt của người dân, việc xử

lý hay tái chế rác thải sinh hoạt còn nhiều khó khăn do tính chất phức tạp của rác hỗn hợp được thu gom, chi phí dành cho việc xử lý còn hạn hẹp, và nhiều khó khăn khác Ngoài ra, một vấn đề khác liên quan đến rác thải sinh hoạt đang là vấn đề cấp thiết được quan tâm là mùi hôi phát sinh từ các trạm trung chuyển rác

Rác thải sinh hoạt với nhiều thành phần khác nhau trong khoảng thời gian tính từ lúc phát sinh từ các hộ gia đình đến khi được đưa đến trạm trung chuyển trước khi chuyển về nơi xử lý đã có sự phân hủy sơ bộ dẫn tới việc phát sinh nhiều chất gây mùi khó chịu, ảnh hưởng đến cảm quan và sức khỏe những người xung quanh Thành phần chủ yếu từ mùi hôi của rác thải phát sinh là các chất chính sau: amonia (NH3), các hợp chất lưu huỳnh, acid béo, VOCs,… (Van Durme và ctv,

1990; E&A Environmental Consultants, 1993) Trong đó, ammonia – NH3 là chất khí quen thuộc với mùi khai đặc trưng, dễ dàng được tạo thành khi phân hủy các hợp chất chứa nitơ trong rác thải sinh hoạt trong cả điều kiện hiếu khí và kị khí và gây ra mùi hôi nghiêm trọng Bên cạnh NH3, các hợp chất lưu huỳnh như hydrogen sulfide (H2S) và mercaptan cũng khá phổ biến, thường được phát sinh từ rác thải có thành phần thực phẩm, giấy, thạch cao, phân,… Khí H2S có mùi trứng thối, hình thành ở nồng độ oxy thấp, chủ yếu là sản phẩm từ quá trình phân hủy kị khí Mặc

dù H2S tạo ra mùi rất khó chịu và dễ dàng nhận biết ở nồng độ rất thấp nhưng thường chỉ tồn tại ở nồng độ vết trong thành phần mùi của rác thải, trừ một số nguồn thải đặc trưng riêng biệt như các cơ sở sản xuất thạch cao, chăn nuôi,…

(Miller, 1993) Mercaptan là nhóm các chất hữu cơ chứa gốc –SH trong công thức

hóa học, dễ bay hơi và dễ phát hiện ở nồng độ thấp Mùi của mercaptan được miêu

tả như sự hòa trộn giữa mùi phát ra từ chồn hôi, hành và tỏi Trong rác thải,

mercaptan tồn tại ở hai dạng chính là ethyl mercaptan và methyl mercaptan Ngoài

mùi hôi đặc trưng, NH3, H2S và mercaptan còn gây hại đến sức khỏe con người về lâu dài Ở nồng độ thấp, các chất này gây cảm giác cay buốt; ngoài ra chúng còn

được xem là nguyên nhân gián tiếp gây ra các căn bệnh đường hô hấp như viêm

cuống phổi, suy giảm khả năng vận chuyển oxi,… Nếu ở nồng độ cao, NH3, H2S và mercaptan có khả năng gây mù mắt, thậm chí tử vong ngay sau khi vừa tiếp xúc

Các xe vận chuyển rác và các trạm trung chuyển rác sinh hoạt có đặc tính tiếp nhận một lượng rác lớn trong ngày với thời gian tầm lưu trữ khoãng 20h (từ nguồn thải đến Trạm trung chuyển và được đưa đến Bãi chôn lấp) là những nguồn phát tán mùi gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng cuộc sống của người dân sống lân cận và di chuyển trên tuyến đường của xe vận chuyển rác cũng như xung quanh khu vực trạm trung chuyển rác Vì vậy, việc xử lý mùi là hết sức bức thiết

Đề tài này được thực hiện nhằm nghiên cứu xử lý mùi rác thải phát sinh tại các trạm trung chuyển rác bằng phương pháp lọc sinh học với vật liệu đệm phân compost trộn với bùn hoạt tính và đánh giá khả năng ứng dụng của phương pháp này đối với môi trường và khí hậu TP.HCM cũng như tình hình hoạt động thực tế tại các trạm trung chuyển hoặc các bãi chôn lấp rác sinh hoạt

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đánh giá hiệu xuất xử lý mùi hôi rác sinh hoạt (qua chỉ tiêu CH3SH, H2S,

NH3) tại trạm trung chuyển rác sinh hoạt bằng mô hình công nghệ lọc sinh học (biofilter) với vật liệu đệm là phân compost trộn với bùn hoạt tính

1.2.2 Những nội dung cần nghiên cứu

Đề tài luận văn tập trung vào một số nội dung chính sau:

- Nghiên cứu tổng quan về mùi

- Nuôi bùn hoạt tính, tạo điều kiện cho các vi sinh vật xử lý nitơ phát triển, sau đó trộn vào vật liệu đệm là phân compost

- Đo và đánh giá hiệu suất xử lý các khi gây mùi hôi rác thải đầu vào – đầu ra

mô hình biofilter

1.3 Phạm vi – giới hạn của đề tài

Nghiên cứu thực hiện trên mô hình cột lọc sinh học quy mô phòng thí nghiệm (lab-scale) với lớp vật liệu đệm là phân compost trộn lẫn bùn hoạt tính, đặt tại Trạm trung chuyển Phú Nhuận

Đối tượng nghiên cứu là mùi phát sinh từ rác thải sinh hoạt được thu gom về trạm trung chuyển Nguồn rác thải được giả lập bằng thùng chứa (ở giai đoạn chạy ban đầu) và chạy thực địa tại Trạm trung chuyển Phú Nhuận với nguồn rác thật và kiểm soát quá trình cấp rác theo từng giai đoạn riêng biệt

Do điều kiện còn gặp nhiều hạn chế nên trong phạm vi của đề tài chỉ khảo sát các chỉ tiêu tạo mùi là NH3, Mercaptan và H2S

1.4 Địa điểm thực hiện

Mô hình được lắp đặt tại địa chỉ: 872/55/14 Quang Trung, Tổ 27, khu phố 4, P.8, Q.Gò Vấp Sau đó cho vận hành chạy thử (không có mùi đầu vào) trong 48 giờ

Mô hình sau đó được đem ra hiện trường, là điểm trung chuyển rác thải thuộc công ty TNHH MTV Dịch Vụ Công Ích Quận Phú Nhuận, địa chỉ 553/73 Nguyễn Kiệm, phường 9, quận Phú Nhuận

Các thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm của Công ty CP DV TV Môi Trường Hải Âu Một số chỉ tiêu kiểm tra chất lượng khí phát sinh (kiểm tra nồng độ các chất tạo mùi) được đo trực tiếp tại hiện trường đặt mô hình và thùng mút xốp giả lập thùng chứa rác

1.5 Ý nghĩa và tính mới của đề tài

NH3, H2S và mercaptan ngoài việc có mùi đặc trưng gây ảnh hưởng đến cảm quan, còn gây hại đến sức khỏe con người về lâu dài Ở nồng độ thấp, các chất này gây cảm giác cay buốt; ngoài ra chúng còn được xem là nguyên nhân gián tiếp gây

ra các căn bệnh đường hô hấp như viêm cuống phổi, suy giảm khả năng vận chuyển oxi,… Nếu ở nồng độ cao, NH3, H2S và mercaptan có khả năng gây mù mắt, thậm chí tử vong ngay sau khi vừa tiếp xúc Việc xử lý mùi do các chất này gây ra là hết sức bức thiết

Hiện nay, mùi thường được xử lý bằng các phương pháp như: hấp thụ, hấp

phụ, oxi hóa,… Các phương pháp này đòi hỏi khả năng thiết kế, vận hành, chi phí đầu tư, kéo theo đó là chất ô nhiễm thứ cấp phát sinh trong quá trình xử lý nên không mang lại hiệu quả thật sự cao, và việc xử lý tương đối chọn lọc và không triệt để Đồng thời, theo xu hướng phát triển bền vững, thân thiện với môi trường, xử lý bằng phương pháp sinh học đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng ngày một rộng rãi do khả năng chuyển hóa hoàn toàn chất ô nhiễm, hiệu suất cao, dễ thiết kế và chi phí vận hành thấp

Vì vậy, xử lý mùi hôi từ rác sinh hoạt tại các trạm trung chuyển bằng công nghệ

biofilter là một nghiên cứu có tính mới, thực tế và đáp ứng các yêu cầu trên

Nghiên cứu này còn chỉ ra khả năng sử dụng phân compost (sản phẩm từ ủ rác) làm giá thể để xử lý mùi, vừa tạo được một hướng ứng dụng mới cho phân compost, làm cho vấn đề xử lý mùi hôi từ các trạm trung chuyển cũng như các bãi chôn lấp trở nên thân thiện với môi trường hơn

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về mùi từ rác thải sinh hoạt

2.1.1 Tổng quan về rác thải sinh hoạt

Theo sự phát triển mạnh mẽ của dân số cùng với sự phát triển kinh tế và sự lãng phí tài nguyên trong thói quen sinh hoạt, khối lượng rác thải hàng ngày của con người ngày càng cao Rác thải có thành phần ngày càng phức tạp, tiềm ẩn ngày càng nhiều nguy cơ độc hại đối với môi trường và sức khỏe con người

Rác thải sinh hoạt phát sinh trong quá trình hoạt động sống thường ngày của

con người thường được chia làm 3 loại sau đây:

‒ Chất thải khô hay còn gọi là chất thải vô cơ: gồm các loại phế thải thuỷ tinh, sành sứ, kim loại, giấy, cao su, nhựa, vải, đồ điện, đồ chơi, cát sỏi, vật liệu xây dựng

‒ Chất thải ướt hay thường gọi là chất thải hữu cơ: gồm cây cỏ loại bỏ, lá rụng, rau quả hư hỏng, đồ ăn thừa, rác nhà bếp, xác súc vật, phân động vật

‒ Chất thải nguy hại (CTNH): là những thứ phế thải rất độc hại cho môi trường và con người như pin, bình ắc quy, hoá chất, thuốc trừ sâu, bom đạn, rác thải y tế, rác thải điện tử

Các nguồn chủ yếu phát sinh chất thải rắn sinh hoạt bao gồm:

‒ Khu dân cư

‒ Khu thương mại (nhà hàng, khách sạn, siêu thị, chợ …)

‒ Cơ quan, công sở (trường học, trung tâm và viện nghiên cứu, bệnh viện

…)

‒ Khu xây dựng và phá hủy các công trình xây dựng

‒ Khu công cộng (nhà ga, bến tàu, sân bay, công viên, khu vui chơi, đường phố…)

‒ Nhà máy xử lý chất thải

‒ Công – nông nghiệp

Tùy theo nguồn phát thải, các thành phần trong rác thải sinh hoạt phát sinh

sẽ khác nhau Đặc điểm này cũng khác nhau dưới các điều kiện phát triển kinh tế

xã hội khác nhau của các khu vực phát sinh rác thải Bảng 2.1 và 2.2 thể hiện thành phần chất thải đặc trưng của các nguồn thải khác nhau và thành phần cơ lý của rác sinh hoạt ở các quốc gia khác nhau cũng như tại thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

Bảng 2 1 Thành phần chất thải đặc trưng từ nguồn thải sinh hoạt

Khu dân cư và thương mại Chất thải thực phẩm, giấy, carton, nhựa, Vải,

cao su, rác vườn, gỗ, các loại khác…

Chất thải đặc biệt Chất thải thể tích lớn

Đồ điện gia dụng Hàng hóa

Rác vườn thu gom riêng Pin

Dầu Lốp xe Chất thải nguy hại Chất thải từ viện nghiên cứu,

công sở

Giống như trình bày trong mục chất thải khu dân cư và khu thương mại

Chất thải từ dịch vụ Rửa đường và hẻm phố: bụi, rác, xác động

vật, xe máy hỏng Cỏ, mẫu cây thứa, các ống kim loại cũ Chất thải thực phẩm, giấy báo, carton, giấy loại hỗn hợp, chai nước giải khát, can sữa và nước uống, nhựa hỗn hợp……

Bảng 2 2 Thành phần cơ lý của rác sinh hoạt ở các nước và ở TP HCM

STT Thành phần

Các nước thu nhập thấp ( < 750$ ) (%)

Các nước thu nhập trung bình ( 750 – 5000$) (%)

Các nước thu nhập cao ( > 5000$ ) (%)

TP HCM (%)

15 Đồ hộp 2 – 8 0,0 – 0,01

(Nguồn: Quản lý và xử lý chất thải rắn_Nguyễn Văn Phước)

Hiện nay, lượng RTSH tại các đô thị ở nước ta đang có xu thế phát sinh ngày càng tăng, tính trung bình mỗi năm tăng khoảng 10% Tỷ lệ tăng cao tập trung ở các đô thị đang có xu hướng mở rộng, phát triển mạnh cả về quy mô lẫn dân số và các khu công nghiệp Tổng lượng phát sinh RTSH tại các đô thị loại III trở lên và một số đô thị loại IV là các trung tâm văn hóa, xã hội, kinh tế của các tỉnh thành trên cả nước lên đến 6,5 triệu tấn/năm, trong đó RTSH phát sinh từ các

hộ gia đình, nhà hàng, các chợ và kinh doanh là chủ yếu Lượng còn lại từ các công sở, đường phố, các cơ sở y tế Chất thải nguy hại công nghiệp và các nguồn chất thải y tế nguy hại ở các đô thị tuy chiếm tỷ lệ ít nhưng chưa được xử lý triệt

(Nguồn: Kết quả khảo sát năm 2006, 2007 và báo cáo của các địa phương - Cục

bảo vệ môi trường, 2008) Bảng 2 4 Bảng thống kê lượng RTSH theo loại đô thị

STT Loại đô thị Lượng CTRSH bình

quân/người (kg/người/ngày)

Lượng CTRSH phát sinh Tấn/ngày Tấn/năm

(Nguồn: Kết quả khảo sát năm 2006, 2007 và báo cáo của các địa phương - Cục

bảo vệ môi trường, 2008)

RTSH thường có thành phần chất hữu cơ cao, trong điều kiện ẩm ướt của vùng nhiệt đới như Việt Nam là môi trường tốt cho các vi sinh vật gây bệnh phát triển như: vi trùng thương hàn, lỵ, tiêu chảy, lao, bạch hầu, giun sán, Việc phân loại, thu gom và xử lý rác không đúng quy định sẽ tạo nguy cơ gây bệnh nguy hiểm cho công nhân vệ sinh, người làm nghề bới rác, nhất là khi gặp phải các chất thải rắn nguy hại từ y tế, công nghiệp như: kim tiêm, ống chích, mầm bệnh, hợp chất halogen hóa…

Các khu vực tập trung rác lộ thiên, nếu không được quản lý và xử lý tốt sẽ gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng cho bãi rác và dân cư trong khu vực như: gây ô nhiễm không khí, ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất và là nơi nuôi dưỡng các vật chủ trung gian truyền bệnh cho người

2.1.2 Tổng quan về mùi phát sinh từ rác thải sinh hoạt

Mùi, hoặc cảm quan, là cảm giác được não bộ tạo ra nhằm phản ứng lại với các thành phần hóa học trong không khí khi được hít vào cơ thể con người bằng mũi, do sự

phản ứng giữa các thành phần này với các thụ thể trong mũi (Dalton, 2003) Cách cảm

nhận mùi là khác nhau đối với từng cá thể khác nhau; mùi còn có khả năng gây ra các phản ứng dị ứng, kích thích đau ngay tức thì hoặc về lâu dài trên đối tượng tiếp xúc

Mùi chỉ có thể xuất hiện khi chất hóa học bốc hơi, vì vậy một trong những yếu tố quan trọng để tạo thành mùi đó là áp suất hơi của mỗi chất Áp suất hơi được xem là áp lực cần thiết để ngăn chặn quá trình chuyển đổi từ pha lỏng sang pha khí Một chất có áp suất hơi cao ở điều kiện bình thường được coi là chất dễ bay hơi

Khái niệm “chỉ số mùi” được đưa ra lần đầu bởi Haug vào năm 1993, đánh giá khả năng bay hơi và cảm nhận mùi của một chất Chỉ số mùi – OI là một tham

số không thứ nguyên

Giá trị OI càng cao cho thấy chất đó có thể bay hơi dễ dàng và được nhận

biết ở ngưỡng nồng độ thấp Vì vậy, chất có giá trị OI càng cao, càng có nhiều khả năng tạo ra mùi hôi

Mùi rác thải là kết quả của quá trình phân hủy chất hữu cơ có trong các thành phần rác thải sinh hoạt phát sinh gây ra Thành phần khí gây mùi hôi từ rác thải chủ yếu là NH3, H2S và mercaptan (bảng 2.5)

Lượng RTSH phát sinh trong ngày thường tăng nhanh, dẫn đến khó khăn, quá tải trong quá trình thu gom và xử lý rác thải Những cụm thu gom RTSH tồn tại trong thời gian dài vẫn chưa được thu gom xử lý là hiện trạng thường gặp Sau một thời gian ”được ủ” (~20 giờ), rác thải sinh hoạt sẽ bị phân hủy và sinh ra mùi hôi – bản chất là các khí sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong rác thải, gây khó chịu và gây bệnh cho người dân sinh sống phụ cận

Bảng 2 5 Nồng độ một số thành phần chất khí trong mùi rác thải

Bảng 2 6 Giá trị OI của một số thành phần chất khí trong mùi rác thải

(Nguồn: California Integrated Waste Management, 2007)

Ảnh hưởng chung của mùi đến sức khỏe con người

Trong quá tiếp xúc với mùi, đặc biệt là mùi rác thải, các triệu chứng thường

gặp nhất là buồn nôn, đau đầu, khó thở và buồn ngủ (Chiumenti và ctv, 2005) Mùi

hôi kéo dài hoặc thường xuyên có thể dẫn đến căng thẳng đầu óc, thay đổi hành

vi, thay đổi quá trình trao đổi chất, ảnh hưởng trầm trọng đến sức khỏe và chất lượng sống

NH3 khan được xếp vào loại hóa chất “độc” (T – Toxic) và gây nguy hiểm tới môi trường (N – Dangerous for the environment) Giới hạn tiếp xúc cho phép (Permissible exposure limit – PEL) ở Mỹ là 50 ppm (tương đương 35 mg/m3) trong khi nồng độ gây nguy hiểm trực tiếp cho đời sống và sức khỏe (Immediately Dangerous to Life or Health – IDLH) xấp xỉ 300 ppm (tương đương 225 mg/m3)

Trong không khí có lẫn hơi NH3 tùy theo nồng độ, mà người và động vật sẽ

bị ảnh hưởng ở các mức độ khác nhau Liên hiệp Châu Âu (EU) đã có quy định phân loại các dung dịch này như sau:

Bảng 2 7 Phân loại độc hại dung dịch NH 3

Nồng độ Khối lượng riêng Phân loại độc hại Mức độ nguy

Gây khó chịu và ảnh hưởng đến sức

khỏe khi tiếp xúc lâu

50 – 100 37,5 – 75

Gây chảy nước mắt kể cả khi tiếp xúc 150 – 200 112 – 150

trong thời gian ngắn

Kích thích mắt, mũi, khó thở kể cả khi

tiếp xúc trong thời gian ngắn

400 – 700 300 – 525

Nguy hiểm đến tính mạng kể cả tiếp

(Nguồn: Hoàng Văn Bính, 2007)

Tổ chức Quản lý An toàn và Sức khỏe nghề nghiệp Hoa Kỳ (OSHA –

Occupational Safety and Health Administration) đã có quy định giới hạn thời gian

phơi nhiễm NH3 trong không khí xung quanh tối đa 15 phút đối với NH3 khi nồng

2.1.2.2 H 2 S

H2S là chất có độ độc cao, khí dễ cháy (khoảng gây cháy: 4,3 – 46% thể tích) Mặc dù ban đầu khí có mùi rất hăng nhưng sau đó nhanh chóng nhạt dần nên nạn nhân thường không phát hiện ra sự hiện diện của H2S cho đến khi quá trễ

H2S được xem là chất độc kháng thể phổ rộng, nghĩa là một lượng nhỏ cũng

có thể ảnh hưởng đến một vài hệ thống khác nhau trong cơ thể, trong đó hệ thần kinh chịu ảnh hưởng nhiều nhất H2S tạo phức với sắt trong enzyme mitochondrial

cytochrome ngăn chặn sự hô hấp nội bào

Bảng 2 9 Một số giới hạn cơ bản của H 2 S được quy định

10 15 Giới hạn tiếp xúc cho phép của OSHA

10 – 20 15 – 30 Nồng độ giới hạn cho kích thích mắt

50 75 Giới hạn cao nhất cho phép khi tiếp xúc dưới

10 phút

50 – 100 75 – 150 Ảnh hưởng tới mắt

100 – 150 150 – 225 Tê liệt khướu giác, thường cảnh cáo mức độ

nguy hiểm

320 – 530 480 – 795 Gây phù phổi, có thể dẫn đến tử vong

530 – 1000 795 – 1500 Kích thích hệ thần kinh trung ương, thở nhanh

gây sốc, tê liệt và thậm chí gây chết tôm

Tại Việt Nam, nồng độ H2S cho phép trong không khí xung quanh theo QCVN 06:2009/BTNMT là 0,42 mg/m3 (trung bình trong một giờ), nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp là 7,5 mg/m3 (QCVN 19:2013/BTNMT)

(Nguồn:https://www.osha.gov/Publications/hydrogen_sulfide.html) 2.1.2.3 Mercaptan

Methyl mercaptan (CH3SH) là khí được chứa đựng ở dạng lỏng, có mùi đặc biệt giống như mùi tỏi, nặng hơn không khí thường (do đó khi có mặt trong không khí sẽ lắng xuống vị trí gần mặt đất, người ở vị trí thấp hơn có thể bị ngộ độc nặng hơn)) Chất này được dùng trong công nghiệp sản xuất nhựa và sản xuất các hoá chất bảo vệ thực vật Độc tính của methyl mercaptan là kích ứng với da, niêm mạc (mắt, mũi,…), gây nôn, buồn nôn, đau đầu, tím, rối loạn ý thức (bất tỉnh), mạch nhanh Trên động vật chất này ở nồng độ cao có thể ức chế thần kinh trung ương, hôn mê, co giật, liệt cơ tiến triển, tổn thương gan, phù phổi và chết Hiện chưa có thuốc giải độc đối với chất này Việc điều trị ngộ độc chủ yếu là điều trị triệu chứng và các biện pháp điều trị hỗ trợ Việc ngộ độc mercaptan thường xảy ra trong hoạt động công nghiệp, vận chuyển và bảo quản hoá chất không an toàn, khi các vật dụng chứa đựng bị rò rỉ hoặc vỡ làm giải phóng hoá chất này

Ngộ độc do khí độc nói chung cũng như do ăn, uống có thể gây ngộ độc cho nhiều người (ngộ độc hàng loạt), để lại nhiều hậu quả nặng nề và gây hoang mang cho dư luận Nguyên nhân ngộ độc rất đa dạng, có thể do tai nạn, thiếu hiểu biết, đầu độc,…đặc biệt trong tình hình kinh tế, xã hội ngày càng phát triển như hiện nay

(Nguồn: http://www.toxipedia.org/display/toxipedia/Mercaptans )

2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý mùi

2.2.1 Phương pháp vật lý – hóa học

a Pha loãng

Được thực hiện bằng cách đưa vào nguồn thải một lượng không khí sạch đủ

để giảm thiểu nồng độ chất ô nhiễm thấp hơn ngưỡng cho phép

b Plasma (PLASMA nguội)

Plasma được xem như trạng thái tồn tại thứ tư của vật chất, là hỗn hợp của các electron tự do và các ion mang điện tích dương

Plasma nguội là hiện tượng ion hóa xảy ra bởi việc nhận năng lượng từ các dòng vật chất bên ngoài Vì hiện tượng ion hóa mang tính dây chuyền, phần lớn các phân tử trong chất khí bị ion hóa, và chất khí chuyển sang trạng thái plasma

Ứng dụng plasma nguội trong xử lý NH3 và H2S được nghiên cứu bởi Ma

và ctv (2001) với nồng độ lần lượt là 80 ppm và 60 ppm, hiệu quả xử lý vào khoảng 50% và 35%

c Hấp phụ

Hấp phụ là quá trình lôi cuốn cấu tử từ pha khí hoặc pha lỏng bởi chất rắn Hấp phụ dựa trên độ rỗng của chất rắn với bề mặt tiếp xúc lớn Khả năng hấp phụ của bề mặt được giải thích bởi trạng thái đặc biệt của phân tử trên bề mặt ranh giới phân chia pha Bên trong pha, mỗi phân tử chịu các lực hút của phân tử của pha giống nhau theo mọi hướng Phân tử nằm gần ranh giới phân chia pha chịu lực hút không giống nhau của phân tử nằm hoàn toàn trong pha khác

Phân tử bị hấp phụ sẽ khuếch tán từ pha khí đến lớp biên rồi đến bề mặt chất hấp phụ, tại đây chúng bị giữ lại bằng lực hút Van Der Waals Nhiệt được giải phóng tương đương với nhiệt ngưng tụ Ở trạng thái bão hòa, chất bị hấp phụ bao phủ toàn bộ bề mặt chất rắn

Quá trình hấp phụ được phân làm hai loại chính:

‒ Hấp phụ vật lý: hấp phụ không kèm theo phản ứng hóa học Trong hấp phụ vật lý, cấu tử giữa các pha liên kết với nhau nhờ các lực vật lý

‒ Hấp phụ hóa học: là kèm theo liên kết hóa học giữa chất được hấp phụ

và chất hấp phụ, kết quả của quá trình này là tạo thành liên kết mới Hấp phụ hóa học có tầm quan trọng đặc biệt trong phản ứng xúc tác

Hình 2 1 Quá trình hấp phụ (Zarook S và ctv, 2005) Bảng 2 10 Khả năng hấp phụ của một số loại vật liệu

Hấp thụ là quá trình lôi cuốn khí và hỗn hợp khí bởi chất lỏng; trong đó, cấu

tử được tách ra khỏi hỗn hợp gọi là cấu tử chính

Quá trình hấp thụ được phân làm hai loại chính:

Dòng khí ra

Vật liệu hấp phụ

Dòng khí vào

‒ Hấp thụ vật lý: các chất hấp thụ không tương tác hóa học với chất được hấp thụ Chất hấp thụ: nước Khả năng hấp thụ được đánh giá dựa trên hằng số Henry

‒ Hấp thụ hóa học: giữa chất hấp thụ và chất được hấp thụ xảy ra phản ứng hóa học tạo thành hợp chất hóa học khác

Hình 2 2 Quá trình hấp thụ (Zarook và cộng sự, 2005)

e Ngưng tụ

Quá trình ngưng tụ có thể được thực hiện bằng cách giảm nhiệt độ dòng khí

ở áp suất không đổi hoặc tăng áp suất dòng khí ở nhiệt độ không đổi

Ngưng tụ NH3 thường được thực hiện ở áp suất 18 kg/cm2 (≈ 1765,8 kN/m2) và nhiệt độ 1300C

Vật liệu

Dòng khí vào

Dung dịch hấp thụ

ra

Bảng 2 11 Ưu nhược điểm của phương pháp vật lý –hóa học

Pha loãng Đơn giản, hiệu quả cao với

nồng độ chất ô nhiễm thấp

Chất ô nhiễm vẫn tồn tại, không được xử lý

Hiệu suất xử lý cao

Không phát sinh ô nhiễm thứ cấp

Quá trình hoàn nguyên khó khăn, chi phí cao

Hấp thụ Hiệu suất xử lý cao Phát sinh ô nhiễm thứ cấp

Khả năng ăn mòn cao các

loại tháp hấp thụ, ăn mòn đường ống

Chi phí vận hành cao

Ngƣng tụ

Thu hồi được một số chất có khả năng tái sử dụng cho các ngành công nghiệp khác

Sản phẩm thu hồi chứa nhiều tạp chất

Chi phí năng lượng, vận hành cao

2.2.2 Phương pháp sinh học

Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học được phát triển dựa trên khả năng biến đổi chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ thành các hợp chất ít độc và giảm thiểu mùi hôi của vi sinh vật

Các yếu tố ảnh hưởng: độ ẩm, nhiệt độ dòng khí

Hình 2 3 Quá trình lọc sinh học (Zarook S và ctv, 2005)

b Hấp thụ bằng tháp rửa khí (Bioscrubber)

Hấp thụ bằng tháp rửa khí được chia làm hai quá trình vận hành song song

liên tục Đầu tiên, khí thải sẽ khuếch tán vào dung dịch trong tháp hấp thụ Dung

dịch chứa một lượng lớn chất ô nhiễm được xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí,

nước sau quá trình xử lý đi qua bể lắng và tuần hoàn trở lại tháp hấp thụ Sinh

khối dư thừa và các sản phẩm phụ liên tục được loại bỏ khỏi hệ thống thông qua

bể lắng sau bể phản ứng bùn hoạt tính Các yếu tố ảnh hưởng quá trình này được

đánh giá dựa trên khả năng hòa tan của các loại khí thải cần xử lý, và loại vi sinh

vật cần phát triển phù hợp

Nước / dinh dưỡng

Khí sau xử lý

Khí đã làm ẩm

Vật liệu đệm

Dung dịch sau làm ẩm

Nước tạo ẩm

Hình 2 4 Mô hình hấp thụ - sinh học (Zarook S và ctv, 2005)

c Bùn hoạt tính lơ lửng (Suspended Cell Bioreactor)

Trong quá trình này, khí thải được sục thẳng vào bể bùn hoạt tính thành những bọt khí li ti tạo điều kiện khuếch tán hiệu quả Chất thải sau đó được vi sinh vật phát triển trong bùn hoạt tính xử lý và thải bỏ bằng bể lắng

Các đặc tính quan trọng khi vận hành bể phản ứng: nồng độ sinh khối, độ mịn của bọt khí, pH,…

Hình 2 5 Mô hình bùn hoạt tính lơ lửng (Zarook S và ctv, 2005)

Bùn tuần hoàn

Khí sau

khuấy DDD

D

Bể lắng

Khí vào

Thổ

i khí

Nước sau lắng

Bùn thải Bùn tuần hoàn

Bơ m

Bơm Nước tuần hoàn

Bể Lắng 2

Bơm

Bảng 2 12 Đánh giá quá trình vận hành của các phương pháp sinh học

Kiểm soát độ

ẩm

Chất dinh dƣỡng,

pH

Kiểm soát sinh khối

Thời gian phản ứng

Vận tốc dòng khí

Khởi động mô hình

Bảng 2 13 Ưu – nhược điểm trong việc áp dụng một số phương pháp sinh học

Lọc sinh học

Khả năng xử lý tốt các hợp chất

ô nhiễm ít hòa tan vào nước

Cần làm ẩm dòng khí trước khi vào cột lọc

Khó khăn trong quản lý quá trình vận hành

Yêu cầu thường xuyên thay đổi lớp vật liệu đệm

Kiểm soát độ ẩm nghiêm ngặt

Lọc sinh học nhỏ

giọt (Biotrickling

Filiter)

Dễ dàng quản lý quá trình vận hành

Thích hợp xử lý nhiều loại chất

ô nhiễm khác nhau

Chi phí vận hành thấp

Không cần làm ẩm dòng khí thải trước khi đi vào thiết bị

Nhiều thiết bị, công trình hơn so với lọc sinh học

Hấp thụ bằng

tháp rửa khí

(Bioscrubber)

Dễ dàng quản lý quá trình vận hành

Chi phí vận hành thấp

Không cần làm ẩm dòng khí thải trước khi đi vào thiết bị

Nhiều thiết bị, công trình hơn so với lọc sinh học

(N.J.R.Kraakman, 2010)

2.2.3 Lịch sử phát triển nghiên cứu ứng dụng phương pháp lọc sinh học biofilter

Trên thế giới, ý tưởng xử lý khí thải bằng các phương pháp sinh học được xây dựng lần đầu tiên vào những năm 1950, nhưng những ứng dụng thật sự đầu tiên là vào những năm 1980 dựa trên sự ra đời của bộ luật phát thải ô nhiễm của

Hà Lan (Johan W van Groenestijn, 2007)

Quá trình hình thành và phát triển lọc sinh học nghiên cứu và báo cáo như

sau (theo được Johan W van Groenestijn và đồng nghiệp, 2007):

 Năm 1973, Thistlethwayte và cộng tác viên của ông đã dựng mô hình thí nghiệm lọc sinh học đầu tiên với vật liệu đệm là đá sỏi Đồng thời, dung dịch tuần hoàn trong cột lọc là dung dịch hòa trộn giữa bùn hoạt tính và các chất dinh dưỡng

 Trong những năm 1980, hội nghị quốc tế về lọc sinh học được tổ chức Qua

đó, lọc sinh học được đưa vào ứng dụng xử lý khí thải phát sinh trong quá trình chăn nuôi như NH3, song song với việc thử nghiệm với các dòng khí có

chứa H2S, dung môi dễ bay hơi, hợp chất hữu cơ có chứa gốc lưu huỳnh,… Giai đoạn này cũng đặt nền móng cơ bản cho các thông số tính toán, cũng như kiểm soát quá trình vận hành của lọc sinh học Mô hình lọc sinh học đa tầng được giới thiệu, theo đó là sự thử nghiệm đổi mới không ngừng của các loại vật liệu đệm

 Cuối những năm 1980, lọc sinh học nói chung và lọc sinh học nói riêng, trở thành một ngành khoa học, cũng như biện pháp kỹ thuật trong việc xử lý mùi ở các trạm xử lý chất thải, nhà máy sản xuất phân compost, chăn nuôi

và nhiều ngành công nghiệp khác như hóa phẩm, sản xuất bột giấy – giấy,…

 1990 – 2005, cùng với sự phát triển của công nghệ, các công cụ kiểm soát

pH, hàm lượng dinh dưỡng,… tạo bước phát triển không ngừng cho lọc sinh học và được chia làm hai loại chính:

 Lọc sinh học thấp tải: xử lý NH3, H2S, hợp chất hữu cơ chứa gốc lưu huỳnh… Sử dụng vi sinh vật tự dưỡng, tạo ra hàm lượng sinh khối thấp, không gây tắc nghẽn trong quá trình vận hành Hiệu suất xử lý đạt hơn 95%

 Lọc sinh học cao tải: xử lý các hợp chất hữu cơ chứa gốc clo Sử dụng

vi sinh vật dị dưỡng, tạo ra hàm lượng sinh khối cao, gây khó khăn trong việc kiểm soát pH và thường xuyên tắc nghẽn hệ thống bởi sinh khối Nhiều phương pháp giải quyết sự tắc nghẽn đã được đưa nhưng chưa mang lại hiệu quả thật sự

 Từ 2005 đến hiện tại và tương lai, giai đoạn phát triển mạnh mẽ của các phương pháp sinh học, các phương pháp giảm sự tắc nghẽn trong lọc sinh học vẫn tiếp tục được nghiên cứu Đồng thời xuất hiện một xu hướng mới là

sự kết hợp của lọc sinh học và lọc sinh học

2.3 Tổng quan về công nghệ lọc sinh học Biofilter

Lọc sinh học với vật liệu đệm là một biện pháp xử lý ô nhiễm tương đối mới Bắt đầu từ năm 1923, phương pháp xử lý sinh học này được đề nghị sử dụng

để xử lý các chất khí có mùi hôi nhưng mãi đến năm 1955 phương pháp này mới được áp dụng để xử lý các chất khí có mùi hôi với nồng độ thấp ở Đức Từ năm

1960, các hệ thống Lọc sinh học được sử dụng để xử lý các chất khí ô nhiễm ở Đức và Mỹ Năm 1970, công nghệ Lọc sinh học với vật liệu đệm đạt được những thành quả cao ở Đức và bắt đầu được ứng dụng để xử lý các chất khí độc và các

hợp chất hữu cơ bay hơi của các ngành công nghiệp từ thập niên 80 Hiện nay, hơn 500 hệ thống Lọc sinh học đang hoạt động tại Đức, Hà Lan và phổ biến rộng

ở Mỹ

Việc xử lý mùi hôi đã được tiến hành từ những năm 1950 và lúc đó người ta thường sử dụng hệ thống lọc qua đất, hay bể lọc sinh học nhỏ giọt Các chất khí có mùi hôi thường là hydrogen sulphite hay mercaptant và các hợp chất sulfur khác Việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi mới được áp dụng gần đây và trở nên phổ biến trong thập kỷ vừa qua và hiện nay còn đang được tiến hành nghiên cứu sâu thêm

Ví dụ, hiện nay một số nghiên cứu đã chứng minh được là các hệ thống lọc sinh học có thể dùng để xử lý các hợp chất hữu cơ có nhân thơm và các hợp chất béo, cồn, aldehydes, acid hữu cơ, acrylate, acid carbolic, amines và ammoniac Đây có thể xem là một phương pháp có tiềm năng để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp

Hình dạng phổ biến của một hệ thống biofilter giống như một cái hộp lớn, một vài hệ thống có thể lớn bằng sân bóng rổ, một vài hệ thống có thể nhỏ độ một yard khối (0,76 m3) Nguyên tắc chính của hệ thống xử lý là tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải Hệ thống lọc khí thải này là nơi chứa các vật liệu đệm và nơi sinh sản cho các vi sinh vật bám dính Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học (biofilm), đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các vật liệu đệm Trong quá trình lọc, khí thải được bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc, các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các vật liệu đệm lọc hấp thụ Các chất khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học, tại đây, các vi sinh vật sẽ phân hủy chúng để tạo nên năng lượng và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O theo phương trình sau:

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

(Lawrence K Wang, 2004)