XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Nguyễn Văn Phước – Khoa Môi Trường
ĐH Bách Khoa TP.HCM
I. GIỚI THIỆU CHUNG
Ô nhiễm môi trường hiện đang là vấn đề nan giải. Hằng năm 1,6 tỉ tấn
hoá chất độc hại được thải trực tiếp vào môi trường không khí từ hoạt
động của các loại hình công nghiệp như: Sơn, nhựa, cao su, keo dán, chất
phủ bề mặt, các sản phẩm chế biến dầu mỏ, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt
nhuộm.
Các loại hoá chất mạch vòng như toluen,xylene, benzen, methyl benzen,
phenol đã và đang gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng
đến sức khỏe con người.
Bên cạnh một số phương pháp xử lý khí thải thông thường như: hấp thụ,
hấp phụ, chưng cất, ngưng tụ, đốt, oxy hoá (có hoặc không xúc tác).
Phương pháp sinh học bao gồm lọc sinh học, tháp rửa, lọc sinh học nhỏ
giọt, màng sinh học đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi cho xử lý khí
ô nhiễm. Các phương pháp trên hoạt động ổn đònh, hiệu quả xử lý cao ,
chi phí đầu tư và vận hành thấp.
Nguồn gốc hình thành các hợp chất hữu cơ : tồn tại trong các hạt bụi
rắn hay lỏng .
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) hiện diện trong thành phần của
các loại dung môi, sơn, keo dán sàn, các sản phẩm tẩy rửa, đánh bóng,
khử mùi phòng và thảm … Chúng bao gồm từ các hợp chất hữu cơ đơn
giản như mêtan đến hydrocacbua thơm, alcoho, aldehyt, keton, este, hợp
chất hữu cơ của halogen cũng như hợp chất hữu cơ có chứa liên kết lưu
huỳnh hoặc nitơ …
Đặc trưng của khí hữu cơ là có mùi gây nên cảm giác khó chòu và ảnh
hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người (nhiễm độc qua đường hô hấp).
nh hưởng đến sức khỏe con người:
Gây nhức đầu, buồn nôn, chóng mặt, chảy máu não, chảy máu phế quản,
phù phổi,… vật vã. Ngủ sâu, khi tỉnh lại có thể bò mất trí nhơ. Ù Thường

gặp ở những người có môi trường làm việc phải thường xuyên tiếp xúc
với các khí hữu cơ.
Tuỳ vào liều lượng, nồng độ å mà biểu hiện nhiễm độc thể hiện ở những
mức độ khác nhau. Những biểu hiện thường gặp :viêm da, đau đầu, chóng
mặt, mệt mỏi, tim đập nhanh, gây tổn thương mắt, giảm thò giác, giảm độ
nhạy về thần kinh, rối loạn các chức năng hô hấp, suy giảm thần kinh
trung ương, gây nhiễm độc gan, rối loạn huyết học; Gây rối loạn chức
năng tiêu hoá: kém ăn, nôn, xáo trộn, tổn hại đến dạ dày,…
-Một số chất có khả năng gây ung thư :benzen, styrene butadience gây
ung thư máu; ung thư da, ung thư tinh hoàn … và mức độ nhiễm bệnh theo
thời gian tiếp xúc.

Ung Thư Máu

Toồn Haùi Teỏ Baứo Phoồi
Ung thử da
II. PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Cơ chế: sử dụng vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong
thành phần khí thải thành CO
2,
H
2
O và các sản phẩm ít nguy hại.
4 quá trình sinh học thường được áp dụng bao gồm:
- Lọc sinh học
- Tháp tưới sinh học
- Lọc nhỏ giọt
- Màng sinh học
2.1. Lọc sinh học (Biofilter)
Biofilter, sử dụng vật liệu lọc như than, đất, xi( có khả năng xử lý đến

99% khí ô nhiễm. Thiết bò trên được áp dụng rộng rãi cho xử lý mùi sinh
ra từ các nông trại chăn nuôi, chế biến thực phẩm, phân bón hữu cơ và
các khí ô nhiễm từ các nhà máy công nghiệp: in, dệt nhuộm,
Phương pháp trên rẻ tiền hơn các phương pháp hóa học khác như hấp
thụ, hấp phụ ,
Ưu điểm:
- Thể tích nhỏ nhất
- Ít năng lượng nhất
- Xử lý một lượng lớn các chất ô nhiễm hữu cơ bay hơi
Khuyết điểm:
- Cần thời gian cho VSV phát triển
- Khó kiểm tra khả năng phân hủy sinh học
Hình 1: Mô hình lọc sinh học
1980 lọc sinh học được áp dụng cho xử lý VOC, khí độc ở Tây Đức và
Hà Lan, sau đó là Mỹ, mehico, Pháp, ý. Các hệ thống trên xử lý rượu,
phenol, keton, dầu khoáng.
Các yếu tố ảnh hưởng đếnhoạt động của hệ thống xử lý: pH, nhiệt độ,
nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng ẩm , độ ẩm tương đối của không khí .
Xử lý khí thải từ công nghiệp chế biến gỗ, sản xuất giấy
Lọc sinh học thuận lợi cho xử lý khí thải trong chế biến gỗ do: sử dụng
ngay gỗ làm vật liệu tiếp xúc. Chất ô nhiễm từ pha khí chuyển trực
tiếp vào lớp màng vi sinh vật sau đó bò phân hủy. Các chất khí ô
nhiễm hoà tan kém trong nước.
Hình 2: Mô hình lọc sinh học
p dụng hệ thống lọc sinh học cho xử lý khí thải ít ô nhiễm .
Hình 3: Sơ đồ hệ thống xử lý khí thải Cyclic trong công nghiệp chế
biến gô”
Kết quả nghiên cứu xử lý khí cyclic trong mô hình lọc sinh học cho
thấy: sau 271 ngày vận hành, hiệu quả xử lý đạt 80% - 90%, với thời
gian lưu : 40 giây; nồng độ cyclic trung bình:25 ppmv.

Trong giai đoạn vận hành, thường xuyên tưới nước , đảm bảo độ ẩm
lớn hơn 15%.
Xử lý ethanol bằng phương pháp lọc sinh học (richard auria)
Bể phản ứng chứa các lớp vật liệu lọc: than, đá, vật liệu nhân tạo.
Không khí ô nhiễm sẽ đi qua lớp vật liệu trên. Tại đây các vi sinh vật
tham gia phân hủy các chất ô nhiễm chuyển thành CO
2
và nước.
Bể lọc sinh học có, đường kính trong 14 cm; không khí khô đi qua hệ
thống tạo ẩm, ethanol cũng đi qua hệ thống tương tự sau đó nhập 2
dòng lại. Vật liệu lọc là than bùn (50% thể tích). Trong quá trình vận
hành cần bổ sung các chất dinh dưỡng, vi lượng cho hệ thống.
Ở giai đoạn start up, ethanol hấp thụ trên bề mặt ẩm. Bò phân hủy
thành acetaldehyde, acid acetic, ethyl acetate sau đó sẽ chuyển hoá
thành sản phẩm cuối cùng là CO
2
và H
2
O
Kết quả nghiên cứu cho thấy: 1 g ethanol sinh 0,35 g CO
2
. Hiệu quả
xử lý: 39 g/m
3
/h.
2.2. Tháp tưới sinh học (Bioscrussber)
Nguyên tắc: Các chất ô nhiễm trong không khí sẽ bò hoà tan, hấp thụ
vào nước, sau đó chuyển hoá thành các sản phẩm không độc hại.
Ưu điểm:
Dễ điều khiển pH, nhiệt độ, dinh dưỡng, oxy

Khuyết điểm:
Chi phí về năng lượng, lắp đặt, bảo trì, vận hành cao hơn so với
biofilter
Hình 4: Mô hình tháp tưới sinh học
2.3. Trickling Biofilter
Bắt nguồn từ biofilter và bioscrussber. VSV phát triển trên bề mặt vật
liệutiếp xúc tham gia vào quá trình phân hủy cơ chất.
Ưu điểm:
- Bể phản ứng độc lập
- Dễ kiểm soát pH và dinh dưỡng
- Ít nhu cầu năng lượng hơn bioscrussber
Khuyết điểm:
- Tiêu tốn nhiều năng lượng hơn biofilter
- Nghẹt màng (vi khuẩn kò khí phát triển)
- Phụ ï thuộc trọng lực
Hình 5: Mô hình lọc sinh học nhỏ giọt
Mô hình lọc sinh học nhỏ giọt ứng dụng phổ biến cho xử lý mùi, khí
thải hữu cơ (toluen, phenol, Chlorobenzenes và o-Dichlorobenzenes ),
H2S và một số hợp chất lưu huỳnh, N-NH
3
, mercaptane , Điển hình
như:
Xử lý 95% H
2
S ; 40-50% mercaptan, từ khí cống rảnh sau thời gian lưu
nước 5 giây.
Xử lý toluen bằng vi khuẩn pseudomonas trong mô hình lọc sinh học
nhỏ giọt sử dũng môi trường dinh dưỡng nhân tạo bao gồm: glucose,
dinh dưỡng, vi lượng
. Trong mô hình trên, các vi khuẩn tham gia phân hủy các hợp chất

mạch vòng, giảm số vòng thơm.
pH xử lý: 4,5 – 7, thời gian tiếp xúc: 1 phút. Hàm lượng toluen: 400
ppm
- Với tốc độ dòng khí: 12.5 l/phút. Hiệu quả khử toluen đạt 75-8y(
- Tốc độ dòng khí: 2,94 l/phút. Hiệu quả khử toluen đạt 94%
- p suất ngập lụt: 3,3 kPa/m
- Thời gian thích nghi: 11-15 ngày.
Sơ đồ hệ thống trình bày ở hình 6:
Hình 6: Sơ đồ hệ thống xử lý toluen
Mô hình gồm:
Cột PVC, d=10,3 cm; cao: 147,6 cm; vòng raschig (yên ngựa) , có diện
tích bề mặt riêng 291 m
2
/m
3
.
Hệ thống lên men (bằng thủy tinh): 6,8 lít.
Xử lý VOC, H
2
S
Các thông số vận hành như sau:
Thơng số Giá trị
Chiều cao của lớp vật liệu 3 – 6 ft
Diện tích tiếp xúc 10 – 32,000
Lưu lượng dòng khí vào,
CFM
600 – 600,000
Thể tích vật liệu, % 90 – 95%
Thời gian lưu khí 2 – 60 , s
Độ giảm áp khi qua giá thể 0.36 - 2, inch H2O

pH của pha lỏng tuần hồn
+ Xử lý VOC
+ Xử lý H2S
7
1-2
Nồng độ VOC, grains ft3
( grains = 0.0648 gram)
4.57x10-3 - 45.7
Khả năng xử lý,% 60 – 99.9
Mô hình phân lập 2 loài vi khuẩn đặc trưng là: - Pseudomonas sp và
Alcaligenes sp
 Phương pháp thí nghiệm
- Dòng khí được sục vào bình chứa CB & o-DCB và mang hơi CB & o-
DCB đi qua cột lọc.
- Nồng độ và lưu lượng khí được xác định bằng các thiết bò chun biệt
- Đồng thời dòng nước tuần hồn được phun đều trên bề mặt giá thể. pH
được tự động điều chỉnh trước khi tuần hồn trở lại
Hình 7: Hình ảnh nghiên cứu thực nghiệm
 VSV tiêu thụ CB có khả năng chịu được sự thay đổi pH và nồng độ
muối trong dòng tuần hồn lớn hơn so với o-DCB
 CNaCl (nước tuần hồn)=200 mM làm giảm HQXL chi còn 20-40%
HQXLmax
 CNaCl (nước tuần hồn)=500 mM HQXL = 0
 Thay nước tuần hồn khi nồng độ NaCl q cao
2.4. Quá trình màng sinh học
Tương tác giữa khí ô nhiễm và các dung dòch lỏng chứa các chất dinh
dưỡng. Các chất ô nhiễm sẽ khuyếch tán và bò phân hủy sinh học
Khử dimethyl sunfate từ khí thải bằng màng lọc sinh học
Màng lọc sinh học bao gồm:màng polydimethylxiloxane, kích thước 17
um. Vi khuẩn chính tham gia phản ứng: methylotrophic; pH tối ưu = 6.

Hàm lượng sunfate <8g/l. Hiệu quả xử lý khí ô nhiễm: (C =38 mg
Me
2
S /m
3
) là 99% sau 24 s; 90% sau 12 s và 85% sau 8 s. tải trọng tối ưu:
4,82 kg me
2
S/m
3
.ngày (cao hơn so với biofilter và biotrickling filter quy
ước).
• Thể tích dung dòch tuần hoàn: 400 ml
• Hàm lượng bùn (VSV) : 0,41 g VS/l
• Hoatï tính phân hủy: 0,24 g Me
2
S/g VS.ngày
• PH tối ưu 6-7: E% - 90%
• pH: 8,5 và 3: E%: 60%
• pH: 2,4; E%: 20%
Kết quả nghiên cứu cho thấy:
• 8 g S-SO
4
/l, hiệu quả xử lý 85 -90%
• 15 g S-SO
4
/l, hiệu quả xử lý giảm 50% và 22 g S-SO
4
/l hệ thống
hầu như ngưng hoạt động. Mô hình không phù hợp khí có sự tích

lũy muối và acid.
Hình 8: Mô hình màng sinh học
Các thông số vận hành được trình bày ở bảng 2:
Bảng 2: Kết quả xử lý dimethyl sulfate trên mô hình màng lọc sinh học
3. KẾT LUẬN:
• Phương pháp sinh học phù hợp cho xử lý khí thải với hiệu quả xử lý
trên 90%
• p dụng xử lý sinh học rẻ tiền, chi phí đầu tư và vận hành thấp so
với các phương pháp hoá học.
• Thuận lợi cho xử lý dung môi hữu cơ, các khí độc hại. Không để lại
sản phẩm phụ nguy hại