Bài 36. Các phương pháp chọn lọc

Bộ Công Thương
Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm
Khoa CNSH-KTMT
Môn: Công nghệ Sinh Học Môi Trường
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
GVHD: Nguyễn Thị Quỳnh Mai
SVTH : Nguyễn Thị Diệu Hiền-3008110065
Nguyễn Thị Tiết Mến -3008110
Dương Hiền Năng -3008110133
Trần Bảo Phong -3008110191
Nguyễn Vĩnh Thái -3008110212
Bùi Minh Thái -3008110
NỘI DUNG BÁO CÁO
I Các loại khí thải gây ô nhiễm môi trường và tác hại
II Xử lý khí thải bằng các phương pháp sinh học
1. Lọc sinh học
+ Khái niệm
+ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
+ Nguyên liệu
+ Ưu, nhược điểm
2. Lọc sinh học giọt thấm (biotrickling)
+ Khái niệm
+ Sơ đồ và nguyên lý hoạt động
+ Nguyên liệu
+ Ưu, nhược điểm
3. Hấp thụ sinh học
+ Khái niệm
+ Phân loại các loại tháp
+ Nguyên lý hoạt động
+ Nguyên liệu
4. Màng sinh học
+ Sự tạo thành màng sinh học
+ Các loại màng trong phương pháp màng sinh học
+ Cơ chế xử lý khí thải của màng sinh học
+ Ưu, nhược điểm
IV. Ứng dụng
SỰ Ô NHIỄM KHÍ THẢI









Khí thải từ các nhà máy: CO2,propen, n- hexan, toluen, TCE, SO2, NOx, NH3, các hợp chất khí clo và Flo,…
SỰ Ô NHIỄM KHÍ THẢI









Khí thải từ giao thông: chủ yếu là các loại khí CO2, SO2, NOx, CO, benzene và Hydrocacbon.





TÁC HẠI CỦA KHÍ Ô NHIỄM LÊN MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI
- SO2, NOx khi vào cơ thể gây rối loạn chuyển hóa protein và đường, thiếu vitamin B và C, ức chế enzyme oxydat, gây ho và tử vong.
- HF gây bệnh Fluorosis trên hệ xương và răng.
- CO làm thiếu oxy trong máu và ở các cơ quan.
- NH3 kích thích mũi miệng và hệ hô hấp.
- H2S gây ngạt thở dẫn đến tử vong, buồn nôn, mũi họng khô….
- Các khí: metan, propan, butan, sulfua hydro… gây ngạt thở, co giật, viêm phổi,gây ghẻ hoặc ban đỏ…
- Đối với môi trường thì gây mưa axit, hiện tượng hiệu ứng nhà kính…
XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Lọc sinh học
Lọc nhỏ giọt
Hấp thu sinh học
Màng sinh học
LỌC SINH HỌC
Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới. Nó bao gồm sự loại bỏ và ô xi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật.
Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay hơi ( Volatile Organic Compound- VOC`s) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ- amoniac hay H2S.

HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Hệ thống 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 ô nhiễm 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.
Trong quá trình lọc sinh học, các chất khí gây ô nhiễm được làm ẩm và sau đó được bơm vào một buồng phía bên dưới nguyên liệu lọc. Khi chất khí đi ngang qua lớp nguyên liệu lọc, các chất ô nhiễm bị hấp thụ và phân hủy. Khí thải sau khi đã lọc sạch được phóng thích vào khí quyển từ bên trên của hệ thống lọc.
NGUYÊN LIỆU
CÁC ĐIỂM CẦN QUAN TÂM KHI CHỌN NGUYÊN LIỆU LỌC
Khả năng giữ ẩm để tạo lớp màng sinh học
Có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho quá trình hấp thụ và phát triển của vi sinh vật
Có chứa các dưỡng chất để cung cấp cho các vi sinh vật
Tạo lực cản không khí thấp (giảm mức độ sụt áp và năng lượng cần sử dụng cho máy bơm)
Các tính chất lý học khác như độ ổn định lý học và dễ dàng thao tác.
ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC
Ưu điểm
+ Giá thành thấp, giá vận hành thấp, ít sử dụng hóa chất.
+ Thiết kế linh động, do đó có thể thích nghi với mọi loại hình công nghiệp và diện tích của xí nghiệp.
+ 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.
ƯU VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC
Khuyết điểm
+ 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 lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học.
+ Nguồn gây ô nhiễm có mức độ phóng thích chất ô nhiễm biến động cao sẽ gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật cũng như hiệu suất xử lý của chúng.
+ Thời gian để cho các vi sinh vật thích nghi với môi trường và tạo thành các màng sinh học (biofilm) có thể kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt là đối với việc xử lý các chất hữu cơ bay hơi
LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT THẤM (biotrickling)

Cũng giống như lọc sinh học tuy nhiên lọc sinh học nhỏ giọt thấm là quá trình chất ô nhiễm được chuyển từ pha khí vào lớp màng hoạt động sinh học bao ngoài chất nền.
Có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay hơi ( Volatile Organic Compound- VOC`s) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ- amoniac hay H2S.

SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT

Khí sạch


chất nhớt tổng hơpf
và sinh khối


Khí thải
nước ra nước vào
Quay vòng chất lỏng
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Nước được cung cấp liên tục phía trên bề mặt của môi trường xốp, khí thải được đưa từ dưới đáy lên qua lớp vật liệu, khi khí thải đi qua sẽ được vật liệu và dòng nước giữ lại những chất ô nhiễm. Khí sạch đi ra phía trên và được đưa trực tiếp ra môi trường. Một phần nước từ đáy hệ thống sau khi thêm axit hay kiềm và dinh dưỡng được bơm trở về bề mặt lớp lọc. Quá trình này diễn ra liên tục
NGUYÊN LIỆU

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC NHỎ GIỌT
* Ưu điểm:
+ Không gây tắc nghẽn
+ Có khả năng hoạt động công suất cao
* Nhược điểm:
+Phức tạp về mặt cơ học
+Vốn đầu tư và duy trì cao
HẤP THỤ SINH HỌC
Là quá trình chuyển cấu tử khí từ pha khí vào trong pha lỏng thông qua quá trình hòa tan chất khí trong chất lỏng khi chúng tiếp xúc với nhau.
+ Phân loại:
Hấp thụ vật lý: các phần tử khi bị giữ lại trên bề mặt chất hấp thụ nhờ lực liên kết giữa các phân tử. Quá trình này có tỏa nhiệt, độ nhiệt tỏa ra phụ thuộc vào lực liên kết phân tử.
Hấp thụ hóa học: khí bị hấp thụ do có phẩn ứng với vật liệu hấp thụ, lực liên kết phân tử trong trường hợp này mạnh hơn hấp thụ vạt lý. Do vậy lượng nhiệt tỏa ra lớn hơn và cần năng lượng nhiều hơn.

PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ
Tháp phun
Tháp có dạng hình trụ đặt thẳng đứng, được sử dụng trên nguyên tắc tạo ra sự tiếp xúc giữa chất ô nhiễm và dòng nước phun. Dung dịch hấp thụ được phun thành giọt nhỏ xuyên qua dòng khí bốc lên trong thể tích rỗng của thiết bị.
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ(TT)
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ(TT)
Tháp đệm:
Chất lỏng được tưới trên lớp đệm rỗng và chảy xuống dưới tạo ra bề mặt ướt của lớp vật liệu đệm cho dòng khí từ dưới đi lên.
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÁP ĐỆM
Ưu điểm:
Hiệu quả xử lí cao
Vận hành đơn giản
Giá thành thiết bị chấp nhận được
Nhược điểm:
Khó khăn trong khâu rửa vật liệu đệm
Dễ gây tắc nghẽn vật liệu đệm do tích tụ cặn, làm tăng trở lực quá trình hấp thụ
Phân phối dung dịch hấp thụ phải đều khắp tiết diện tháp
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ(TT)
Tháp mâm:
Tháp hình trụ thẳng đứng, trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha khí được cho tiếp xúc với nhau. Quá trình chung của cả tháp là sự tiếp xúc pha nghịch dòng mặc dù trên mỗi mâm hai pha khí và lỏng tiếp xúc giao dòng
PHÂN LOẠI THIẾT BỊ HẤP THỤ(TT)
ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA THÁP MÂM
Ưu điểm:
Có thể sử dụng cho cả quá trình chưng cất lẫn hấp thụ.
Hiệu suất không thay đổi nhiều theo lưu lượng hơi.
Nhược điểm:
Khi vận tốc khí lớn có thể gây nên sự lôi cuốn cơ học các giọt lỏng trong dòng hơi từ mâm dưới lên mâm trên làm giảm sự biến đổi nồng độ tạo nên bởi quá trình truyền khối, làm giảm hiệu suất.
Ngoài ra còn tạo độ giảm áp lớn cho pha khí làm tăng công suất máy nén khí cho tháp.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Cho khí vào tháp trước và đi từ dưới đáy tháp lên, khí được đưa lên bằng quạt ở áp suất 5,8 atm (vì ở áp suất thấp). Lượng khí được điều chỉnh bằng van và lưu kế khí. Dung môi hấp thu là nước đi từ trên xuống . Nước sạch từ bể chứa được bơm lên bồn cao vị . Sau đó đi qua lưu lượng kế đo lưu lượng dòng chảy và đi vào tháp hấp thu. Hỗn hợp khí và nước tiếp xúc với nhau ở đĩa (tại đây thực hiện quá trình truyền khối giữa 2 pha khí và lỏng) 








VẬT LIỆU
Vật liệu đệm:
Đệm – pack Lớp đệm đổ đống




Đệmvòng raschig
MÀNG SINH HỌC
Là tập hợp các sinh vật phát triển trên bề mặt hỗ trợ của giá thể trơ, nó thực hiện các hoạt động dị hóa và biến đổi chất gây ô nhiễm thành các sản phẩm vô hại.
Màng sinh học thường dày từ hàng chục micromet nhiều hơn 1 cm
SỰ TẠO THÀNH MÀNG SINH HỌC
Đầu tiên khi bề mặt giá thể có nước và các chất hữu cơ thì vsv bắt đầu xuất hiện
SỰ TẠO THÀNH MÀNG SINH HỌC
Tiếp đó vsv bắt đầu bám dính và phủ kín giá thể
SỰ TẠO THÀNH MÀNG SINH HỌC
Vsv tăng sinh khối liên tục và tạo thành một lớp màng dày trên bề mặt giá thể tạo thành màng sinh học
CÁC LOẠI MÀNG
Màng kỵ nước vi xốp
bao gồm một màng polymer, như polypropylene hoặc teflon
và chứa các lỗ nhỏ có đường kính trong khoảng 0,01-1,0 μm.
Nước không thể qua được các lỗ này và các chất gây ô nhiễm
khuyếch tán qua không khí.
CÁC LOẠI MÀNG
Màng dày
có sự truyền khối cao,chất dễ bay hơi phải hòa tan vào vật
liệu màng và khuếch tán qua màng polymer dày. Các loại vật
liệu khác của màng dày đặc, cao su silicone
(polydimetylsiloxan, PDMS)

CƠ CHẾ XỬ LÝ KHÍ THẢI CỦA MÀNG SINH HỌC
ƯU NHƯỢC ĐIỂM
Ưu điểm
Khả năng truyền khối tăng lên do diện tích tiếp xúc lớn (xử lý những chất ô nhiễm khó tan trong nước mà phương pháp hấp thu sinh học gặp khó khăn).
Không bị nghẹt lỗ lọc (thường xảy ra với lọc nhỏ giọt).
Không cần làm ẩm không khí.(như lọc sinh học).
Không phát tán vi sinh vật

ƯU, NHƯỢC ĐIỂM
Nhược điểm
Giá thành cao hơn các phương pháp sinh học khác.
Tốn nhiều thời gian.

IV. ỨNG DỤNG
+Xử lý khí ô nhiễm
+Lưu lượng khí cần xử lý lớn
+Nồng độ chất ô nhiễm không quá nhỏ
* Xử lý khí thải có chứa chất gây ô nhiễm đặc biệt là chất kém hoà tan trong nước như:
+Propene trong nhà máy sản xuất nhựa.
+Trichloroethene (TCE) trong sản xuất dầu…
+n- hexan, toluen trong nhà máy sản xuất sơn...



XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE