giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 4 xử lý đất

giáo trình công nghệ sinh học môi trường Bài 4 xử lý đất

CÔNG NGHỆ SINH HỌC

TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG

THẠC SĨ VƯU NGỌC DUNG

1 Giới thiệu

2 Quá trình xử lý ex-situ

3 Quá trình xử lý in-situ

4 Ứng dụng của quá trình xử lý sinh học

BÀI 4: XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM

 2 phương pháp được áp dụng: “siết chặt”(securing) và “xử lý” (remediation)

 “Xử lý” là phương thức để làm giảm hàm lượng chất ô nhiễm hay khử độc

 “Siết chặt” giúp tạo những rào cản bảo để vệ môi trường

Giới thiệu

 Các phương pháp được phân loại theo vị trí:

 Dạng xử lý tại chỗ (in-situ): được thực hiện tại vị trí ô nhiễm mà không cần phải đào đất lên

 Bên ngoài (ex-situ): đòi hỏi đất ô nhiễm phải được đào lên rồi xử lý ngay cạnh vị trí ô nhiễm (on-site remediation) hay đưa tới một nơi nào đó để xử lý (off-site remediation)

 Hoặc theo tính chất của quá trình: nhiệt, hóa học, vật lý và sinh học

Quá trình xử lý sinh học bên ngoài thường có những bước sau:

4/22/14 6

 Đất  phá vỡ cơ học  đồng nhất và làm mềm đất

 Hoạt hóa vi sinh: bổ sung nước, dinh dưỡng và cơ chất…

 Xử lý sinh học: Lớp đất mỏng (dạng trải đất), hoặc Đống ủ hoặc Trong bể phản ứng (bể ướt hoặc bể bùn)

Dạng trải đất (landfarming):

 Đất ô nhiễm trải mỏng có thể đến 40 cm  mặt bằng lớn

 Oxy cung cấp bằng cách bừa, cào, trộn, cán, cứ sau mỗi khoảng thời gian nhất định

Đống ủ

 Tương tự như ủ compost hoặc ủ chất thải hữu cơ

 Cấu tạo: có thể là hình thang, hình bầu dục, hoặc hình chóp Chiều cao thông thường từ 0.8- 3.0 m

 Đống ủ có thể vận hành với quá trình ủ động hoặc ủ tĩnh

Bể phản ứng: ở pha rắn hay nhão

 Nguyên lý là dùng cơ học để phân ly đất và sau đó trộn các cấu tử với nhau trong một hệ kín  chất ô

nhiễm, vi sinh vật, dinh dưỡng, nước và không khí tiếp xúc lâu dài

 Bể trộn nhão phù hợp để xử lý phân đoạn đất nhẹ  khử nước và nước tiếp tục được làm sạch

 Khả năng phân hủy chất ô nhiễm hữu cơ tồn tại tự nhiên trong môi trường là cơ sở cho quá trình làm sạch

bằng chính bản thân vi sinh tại chỗ

 Các quá trình phân hủy sinh học là một phần của quá trình tự làm sạch tự nhiên, góp phần làm giảm nồng

độ chất ô nhiễm trong đất qua thời gian

Quá trình xử lý in-situ

 Trong xử lý sinh học tại chỗ (in-situ), điều kiện môi trường để phân hủy sinh học các hợp chất ô nhiễm hữu

cơ cần được tối ưu hóa có thể

 Cung cấp oxy bằng cách thổi khí, hoặc thêm các chất nhận điện tử như nitrát hoặc các chất giải phóng oxy (H2O2 hoặc ozôn)

 Khu hệ vi sinh tự nhiên thích nghi dần với phân hủy chất ô nhiễm  không cần đưa thêm vi sinh

 Tốc độ phân hủy sinh học của các chất ô nhiễm hữu cơ phụ thuộc vào tính sẵn có để phân hủy sinh học và khả năng phân hủy của các vi sinh vật phân hủy

 Mức độ phân hủy sinh học phụ thuộc: dạng, nồng độ, tình trạng vật lý của chất ô nhiễm; loại đất; thành phần chất hữu cơ; điều kiện môi trường …

 Có thể bị giới hạn về sinh học, hóa lý hay kỹ thuật

 Công nghệ làm sạch đất bằng vi sinh vật đã được sử dụng cho một số dạng chất ô nhiễm: ô nhiễm dầu tổng (TPH), BTEX, phenols, các PAHs, TNT và PCB…

Ứng dụng của quá trình xử lý sinh học

 Là một kỹ thuật bên ngoài (ex situ), đất ô nhiễm được trải qua một giai đoạn đồng nhất và trộn với một số

chất phụ gia khác rồi mới chất thành từng đống/luống

Kỹ thuật chất đống/luống

Xử lý đất sinh học theo công nghệ Terraferm

 Đồng nhất vật liệu  phối trộn với chất phụ gia

 Chất phụ gia như phân compost, vỏ cây, đá vôi, bụi cây  môi trường tối ưu cho khu hệ vi sinh phân huỷ

 Nguồn carbon thứ cấp để cung cấp năng lượng hoặc chất kích hoạt cho hoạt tính enzyme

 Dinh dưỡng cho khu hệ vi sinh vật phân huỷ như Nitơ (N), Phospho (P) hay Kali (K) không vượt quá ngưỡng dùng trong nông nghiệp

 Vi sinh vật: một hay nhiều loại vi sinh vật được thêm vào đất trong quá trình trộn và đồng nhất đất

Ví dụ như phân compost hoặc bùn hoạt tính từ nhà máy xử lý nước thải

 Sau quá trình tiền xử lý  chuyển tới vị trí để phân huỷ  chất thành đống hay luống

 Trong quá trình phân huỷ  lấy mẫu kiểm tra phân tích liên tục từ những phần khác nhau của đống ủ

 Nồng độ của chất ô nhiễm

 Hàm lượng nước

 Nồng độ chất dinh dưỡng sẵn có

 Hoạt tính sinh học (hô hấp của đất)

 Đất sau xử lý có thể dùng như đất mặt làm phong cảnh hoặc chôn lấp, đất mịn và giàu dinh dưỡng và chất mùn

 Hiệu quả xử lý ở khía cạnh kinh tế vì giá đầu tư thấp và rẻ so với các kỹ thuật xử lý sinh học khác như bể phản ứng sinh học, rửa đất hay là thiêu đốt

 Xử lý đất bằng công nghệ chất đống phù hợp với nhiều trường hợp khác nhau từ chất ô nhiễm đến chất lượng đất hay là điều kiện khí hậu

Kỹ thuật trải đất có che mái

Hệ thống tưới

Kỹ thuật trải đất có che mái+ hệ thống xử lý khí

 Có 3 kiểu bể phản ứng chính là:

 Bể phản ứng sinh học bùn nhão (bioslurry)

 Bể phản ứng sinh học tầng giá thể cố định (solid-state fixed)

 Bể phản ứng sinh học chất rắn khô dạng trống quay (rotating-drum dry solid )

 Đặc trưng là cần phải cung cấp năng lượng để giữ ổn định 3 pha, năng lượng đầu vào cung cấp cho 3 mục

 Kỹ thuật xử lý sinh học duy nhất có thể áp dụng là kỹ thuật cấp khí (Bioventing)

 Dựa trên nguyên tắc dùng bơm chân không để kích thích quá trình xử lý đất bằng trích ly bay hơi (soil

vapour extraction)

In-situ Xử lý đất chưa bão hòa (Bioventing)

Tuần hoàn thủy lực (hydraulic circuits)

 Kỹ thuật tuần hoàn thủy lực bao gồm bơm nước ngầm, rửa và bổ sung chất dinh dưỡng và tái bổ cập

 Các chất ô nhiễm bị phân hủy trong lớp bên dưới bề mặt (tại chỗ) hoặc được di chuyển trong nước và được loại bỏ trong các nhà máy xử lý nước ngầm

Xử lý đất bão hòa

Các giếng nước ngầm đặc biệt



 Các giếng tạo ra sự tuần hoàn nước ngầm và loại bỏ chất ô nhiễm trong giếng

 Kết quả tăng khối lượng vật chất đưa vào và đầy đủ chất dinh dưỡng và chất nhận điện tử (oxy không khí hay H2O2)

Kỹ thuật sục khí (Biosparging)

và Chiết hút chân không (Bioslurping)

 Xử lý các vùng bão hòa và không bão hòa

 Kỹ thuật sục khí là quá trình thổi không khí vào tầng nước ngầm để tạo ra sự hình thành các kênh nhánh nhỏ cho phép không khí có thể chuyển động qua để đi đến vùng không bão hòa

 Kỹ thuật chiết hút chân không (bioslurping): Đường ống hút được dẫn trực tiếp trong pha tự do Hỗn hợp

các sản phẩm tự do, hơi nước trong đất và nước ngầm sẽ được trích ly bằng chân không