Vấn đề ô nhiễm môi trường đặc biệt là ô nhiễm không khí đang  là một vấn đề nóng bỏng trên các phương tiện thông tin đại chúng và được toàn xã hội quan tâm. Hàng năm có hàng tỉ tấn khí thải được xả thải trực tiếp ra ngoài môi trường bởi các hoạt động thường ngày của các xí nghiệp, nhà máy như sản xuất xi măng, gang thép, mỹ phẩm, dược phẩm,…ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Hiện nay các phương pháp xử lý khí thải đã và đang được các xí nghiệp, nhà máy áp dụng để xử lý khí thải trước khi phát thải ra ngoài môi trường. Công nghệ xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học được đánh giá là một trong những phương pháp hữu hiệu nhất hiện nay được đa số các nhà máy, khu công nghiệp lựa chọn áp dụng để xử lý khí khải

Khái niệm xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học

Xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là phương pháp lợi dụng các vi sinh vật phân hủy  hoặc tiêu thụ các khí thải độc hại . Các vi sinh vật, vi khuẩn sẽ hấp thụ , đồng hóa các thành phần hữu cơ, vô cơ độc hại trong khí thải và thải ra các khí như CO2,…

Xử lý khí thải  bằng phương pháp sinh học có các đặc điểm sau:

  • Công nghệ làm sạch khí thải bằng phương pháp sinh học trong đó có bể xử lý chính gọi là “lọc sinh học giọt thấm, bộ lọc sinh học và lọc màng”. Cách thức của các bể này tương tự nhau . Khí thải mang chất ô nhiễm bay hơi được đưa qua bể xử lý , ở đó chất bay hơi được chuyển từ pha khí sang pha lỏng.
  • Vi sinh vật thích nghi với môi trường chậm, thời gian lưu dài. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình bao gồm vi khuẩn, nấm và động vật nguyên sinh . Ví dụ Microcosus abbus, Proteur vulgnus, Streptomyces,… Trong quá trình xử lý các vi sinh vật này tùy vào sự tương tác với thành phần xử lý mà tạo thành một quần thể sinh vật dạng màng mỏng gọi là màng sinh khối.
  • Chất ô nhiễm phải hòa tan trong nước và có khả năng oxy hóa phân hủy bằng vi sinh vật
  • Nhiệt độ cho phương pháp tối ưu nằm trong khoảng giới hạn trên dưới từ 5-6oC đến 15-40o
  • Thành phần hỗn hợp các khí thải cần xử lý phải không chứa các chất độc hại làm chết các vi sinh vật.

Nguyên lý của xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học

Các nguyên lý được áp dụng trong việc xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học bao gồm 3 nguyên lý cơ bản sau:

  • Cân bằng phân bố của chất ô nhiễm.
  • Sự khuếch tán vào màng sinh học.
  • Phân hủy sinh học của chất ô nhiễm

Các phương pháp xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học

Nội dung bài viết này sẽ tập trung vào 3 phương pháp xử lý khí thải sau:

  • Lọc sinh học ( Biofillter).
  • Các thiết bị làm sạch sinh học ( Bio- crubber).
  • Các Biocreactor chứa các màng lọc Polymer
  • Lọc sinh học ( Biofillter)
  • Phương pháp lọc sinh học
  • Khái niệm phương pháp lọc sinh học trong xử lý khí thải

Phương pháp lọc sinh học là một biện pháp xử lý ô nhiễm tương đôi mới. Đây là một phương pháp hấp dẫn để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu cơ bay hơi có nồng độ thấp.

Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất khí có mùi hôi và các chất hữu cơ gây bệnh trong khí thải. Hệ thống lọc bao gồm một buồng kín chứa các vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc. Nguyên liệu lọc được thiết kế sao cho khả năng hấp thụ nước lớn, độ bền cao, ít làm suy giảm áp lực luồng khí đi ngang qua nó.

  • Nguyên lý hoạt động

Hình ảnh cơ chế hoạt động của phương pháp lọc sinh học

Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển và phân hủy các chất khí có mùi hôi, các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong không khí. Hệ thống lọc bao gồm một buồng kín chứa các vi sinh vật và hấp thụ hơi nước, giữ chúng lại trong nguyên liệu lọc. Trong hệ thống này các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng sinh học, đây là một màng ẩm và mỏng bảo quanh vật liệu lọc. Nguyên liệu lọc được thiết kế sao cho hấp thụ nước lớn nhất, độ bền cao và ít làm suy giảm áp lực buồng khí đi ngang qua nó.

Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào một buồng phía bên dưới vật liệu lọc . Khi chất khí đi qua lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân hủy. Khí thải sau khi được đã lọc thoát lên trên vào khí quyển bên trên hệ thống lọc.

Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn của các chất nền ủ phân compost, đất, cây thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc thường có tuổi thọ từ 5-7 năm trước khi phải thay mới.

Ưu điểm Nhược điểm
-Giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa chất.

-Thiết kế linh động, dễ áp dụng cho mọi loại hình công ty xí nghiệp.

-Linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ bay hơi và các chất độc.

-Hiệu suất xử lý cao

Hệ thống lọc sinh học linh động trong việc xử lý mùi hôi, các hợp chất hữu cơ bay hơi và các chất độc. Hiệu suất xử lý thường lớn hơn 90% đối với các khí thải có nồng độ các chất ô nhiễm < 1000 ppm.

-Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật và điều kiện vận hành khác nhau có thể áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý.

-Không phân hủy được các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor.

-Hệ thống lọc sinh học không thể xử lý được các chất ô nhiễm có khả năng hấp phụ thấp và tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ như các hợp chất hữu cơ bay hơi có chứa chlor.

-Các nguồn ô nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần các hệ thống lớn và diện tích lắp đặt lớn.

-Nguồn gây ô nhiễm mức độ cao sẽ gây ảnh hưởng đến vi sinh vật.

-Thời gian để vi sinh vật thích nghi với môi trường có thể kéo dài đến hàng tháng

 

  • Các thiết bị làm sạch sinh học ( Bio- Scrubber).
  • Nguyên tắc hoạt động

Nguyên tắc hoạt động của các bio- crubber khác với bio-fillter ở chỗ là chất ô nhiễm được hấp thụ bằng nước và bị phân hủy lần lượt bởi vi sinh vật nằm trong màng lọc . Thành phần cấu tạo quan trọng nhất của các bio- crubber là màng lọc, nơi diễn ra sự trao đổi khối lượng chất khí giữa khí thải nhiễm bẩn và chất hấp thụ. Khi thiết kế  bất kỳ kiểu màng lọc nào cần đặc biệt chú ý đến việc làm tăng diện tích bề mặt phân chia pha, đây là yếu tố quyết định hiệu quả của việc hấp thụ. Bên trong absorber các chất độc và oxy di chuyển vào nước, do đó khí thoát ra khỏi absorber sẽ ở dạng được làm sạch , còn nước thì ở trạng thái nhiễm bẩn.

Hình ảnh thiết bị làm sạch Bio- Scrubber

  • Các Biocreactor chứa các màng lọc Polymer

Hình ảnh nguyên lý hoạt động của Bioreactor

Những bioreactor có chứa các màng polymer gắn tế bào sinh vật (hay được gọi là bioreactor bọc lớp rửa) là những hệ thống làm sạch không khí tiên tiến nhất. Việc làm sạch khỏi các chất độc hại diễn ra cũng nhờ vào quá trình hoạt tính enzyme của các tế bào vi sinh được cố định trên mạng. Đôi khi thay thế vào chỗ các tế bào người ta cố định enzyme lên các màng polymer nói trên . Tuy nhiên để thực hiện được các quy trình công nghệ thì chủ yếu dựa vào việc sử dụng các tế bào vi sinh vật cố định. Một trong những nguyên nhân chủ yếu là do dễ dàng thâu nhận chúng với giá thành rẻ hơn so với các chế phẩm enzymer. Ngoài ra, trong số các ưu thế về mặt công nghệ khác phải đề cập đến mức độ ổn định cao của enzymer trong tế bào sinh vật so với enzymer được tách ra từ tế bào, cũng như khả năng tái sinh tự nhiên cofactor của nó trong quá trình hóa sinh xảy ra liên tục. Trong khi việc tái sinh cofactor trong trường hợp sử dụng các chế phẩm enzymer tinh khiết trong các quá trình sản xuất lớn sẽ đòi hỏi chi phí rất lớn kèm theo các thiết bị hiện đại

Như vậy có thể thấy xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là một công nghệ tiên tiến và hiện đại khi sử dụng các vi sinh vật thay vì các vật liệu, dung dịch để loại bỏ thành phần ô nhiễm trong khí thải trước khi thải ra ngoài môi trường. Tùy theo điều kiện hoạt động của các nhà máy, xí nghiệp và loại hình sản xuất mà các nhà máy, xí nghiệp lựa chọn các phương pháp xử lý hợp lý và phù hợp để góp phần bảo vệ môi trường và bảo vệ sức khỏe con người