Bài giảng XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC (Dùng cho sinh viên ngành Kỹ thuật môi trường) MỤC LỤC LÝ NƯỚC THẢI ............................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ 1.1. Khái niệm và phân loại nước thải .................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc nước thải ....................................................... 3 1.1.2. Phương pháp biểu thị độ nhiễm bẩn .................................................... 4 1.2. Các phương pháp hỗ trợ cho xử lý sinh học ................................................... 6 1.2.1. Các phương pháp cơ học (lắng, lọc, tuyển nổi đơn giản).................... 6 1.2.2. Các phương pháp hoá lý (keo tụ, hấp phụ, hấp thụ, tuyển nổi chân không) 1.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ................................................ 74 1.2.3. Phương pháp hoá học (oxy hoá, trung hoà) ........................................ 8 1.3.2. Quá trình sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải 1.3. Các hệ thống xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên ...................... 17 1.3.1. Cánh đồng tưới và cánh đồng lọc ....................................................... 17 1.3.2. Bãi lọc ngập nước ................................................................................ 18 1.3.3. Hồ sinh học .......................................................................................... 31 1.4. Các hệ thống sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo ...... 43 1.4.1. Xử lý nước thải bằng bể hiếu khí Aerotank: ...................................... 45 1.4.2. Xử lý nước thải bằng màng lọc sinh học ............................................ 49 1.4.3. Xử lý nước thải bằng đĩa quay sinh học RBC .................................... 50 1.4.4. Bể tự hoại xử lý nước thải sinh hoạt .................................................. 51 ............................................................................................................... 7 ................................ 13 CHƯƠNG 2. CHẤT THẢI RẮN VÀ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN ................................................................................. 56 2.1. Khái niệm và nguồn gốc chất thải rắn 2.1.1. Khái niệm chất thải rắn, mục đích thu gom và xử lý ......................... 58 2.1.2. Nguồn gốc chất thải rắn ............................................................................... 59 2.2. Các phương pháp sinh học xử lý chất thải rắn giàu chất hữu cơ ............... 60 2.2.1. Các phương pháp yếm khí................................................................... 62 2.2.2. Phương pháp xử lý hiếu khí ................................................................ 65 2.3. Giới thiệu về tình hình xử lý chất thải rắn trên thế giới và Việt Nam 2.3.1. Chiến lược 3RVE ................................................................................. 71 2.3.2. Các công nghệ xử lý chất thải rắn đang áp dụng trên thế giới ........ 72 2.3.3. Các công nghệ xử lý chất thải rắn đang áp dụng ở các đô thị nước ta ........................................................................................................................ 73 ........................................................... 58 ........ 71 VÀ NGUYÊN LÝ CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KHÍ THẢI . 74 CHƯƠNG 3. TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ KHÍ THẢI 3.1. Ô nhiễm không khí và ảnh hưởng của ô nhiễm không khí đối với con người và môi trường .......................................................................................................... 74 1 3.2. Nguyên lý của quá trình xử lý khí thải ......................................................... 75 3.3. Các hệ thống làm sạch không khí bằng phương pháp sinh học.................. 76 3.3.1. Tấm lọc sinh học biofilter.................................................................... 77 3.3.2. Lọc sinh học nhỏ giọt thấm ................................................................. 78 3.3.3. Màng sinh h TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 8
Bài giảng XỬ LÝ CHẤT THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC (Dùng cho sinh viên ngành Kỹ thuật môi trường) MỤC LỤC CHƯƠNG NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Khái niệm phân loại nước thải 1.1.1 Khái niệm nguồn gốc nước thải 1.1.2 Phương pháp biểu thị độ nhiễm bẩn 1.2 Các phương pháp hỗ trợ cho xử lý sinh học 1.2.1 Các phương pháp học (lắng, lọc, tuyển đơn giản) 1.2.2 Các phương pháp hoá lý (keo tụ, hấp phụ, hấp thụ, tuyển chân không) 1.3 Xử lý nước thải phương pháp sinh học 74 1.2.3 Phương pháp hoá học (oxy hố, trung hồ) 1.3.2 Q trình sinh học kỵ khí xử lý nước thải 13 1.3 Các hệ thống xử lý nước thải điều kiện tự nhiên 17 1.3.1 Cánh đồng tưới cánh đồng lọc 17 1.3.2 Bãi lọc ngập nước 18 1.3.3 Hồ sinh học 31 1.4 Các hệ thống sinh học xử lý nước thải điều kiện nhân tạo 43 1.4.1 Xử lý nước thải bể hiếu khí Aerotank: 45 1.4.2 Xử lý nước thải màng lọc sinh học 49 1.4.3 Xử lý nước thải đĩa quay sinh học RBC 50 1.4.4 Bể tự hoại xử lý nước thải sinh hoạt 51 CHƯƠNG CHẤT THẢI RẮN VÀ PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ CHẤT THẢI RẮN 56 2.1 Khái niệm nguồn gốc chất thải rắn 58 2.1.1 Khái niệm chất thải rắn, mục đích thu gom xử lý 58 2.1.2 Nguồn gốc chất thải rắn 59 2.2 Các phương pháp sinh học xử lý chất thải rắn giàu chất hữu 60 2.2.1 Các phương pháp yếm khí 62 2.2.2 Phương pháp xử lý hiếu khí 65 2.3 Giới thiệu tình hình xử lý chất thải rắn giới Việt Nam 71 2.3.1 Chiến lược 3RVE 71 2.3.2 Các công nghệ xử lý chất thải rắn áp dụng giới 72 2.3.3 Các công nghệ xử lý chất thải rắn áp dụng đô thị nước ta 73 CHƯƠNG TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ NGUN LÝ CỦA Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KHÍ THẢI 74 3.1 Ơ nhiễm khơng khí ảnh hưởng nhiễm khơng khí người mơi trường 74 3.2 Nguyên lý trình xử lý khí thải 75 3.3 Các hệ thống làm không khí phương pháp sinh học 76 3.3.1 Tấm lọc sinh học biofilter 77 3.3.2 Lọc sinh học nhỏ giọt thấm 78 3.3.3 Màng sinh học 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 CHƯƠNG NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC XỬ LÝ NƯỚC THẢI 1.1 Khái niệm phân loại nước thải 1.1.1 Khái niệm nguồn gốc nước thải Nước thải chất lỏng thải sau trình sử dụng người bị biến đổi thành phần, tính chất ban đầu Nước thải thường có nguồn gốc từ nguồn thải sinh hoạt, đô thị, công nghiệp, … Nắm nguồn gốc nước thải có tảng để lựa chọn công nghệ biện pháp xử lý phù hợp nhằm hạn chế ô nhiễm nước thải môi trường Có nhiều loại nước thải với thành phần, tính chất khác có nhiều loại hình cơng nghệ kỹ thuật xử lý làm giảm tác động tiêu cực nước thải tới môi trường tiếp nhận Theo nguồn gốc phát sinh, nước thải phân loại thành loại nước thải sinh hoạt, nước thải thương mại, nước thải công nghiệp, nước mưa chảy tràn bề mặt Nước thải sinh hoạt phát sinh chủ yếu từ hộ gia đình, khu văn phịng, trường học, nguồn tương tự Nước thải thương mại loại nước thải không chứa độc tố, chất nguy hại từ khu thương mại, có thành phần giống nước thải sinh hoạt, nhiên có số chất có nồng độ lớn so với nước thải sinh hoạt điển hình Loại hình nước thải bao gồm nước thải phát sinh từ sở dịch vụ ăn uống, sở giặt có trang bị khơng q máy giặt, sở nuôi gia súc, gia cầm, dịch vụ chăm sóc sức khoẻ,… Nước thải loại khơng chứa độc tố, chất nguy hại chất thải công nghiệp Nước thải công nghiệp nước thải thải sau sử dụng nhà máy xí nghiệp, khu khai khống … Nước thải cơng nghiệp đa dạng lượng tính chất Đặc tính nhiễm nồng độ chất ô nhiễm có nước thải công nghiệp khác phụ thuộc vào loại hình cơng nghiệp, chế độ công nghệ sản xuất, công suất hoạt động, …được lựa chọn Do tính chất đa dạng nên loại nước thải có cơng nghệ xử lý riêng -Nước thải sản xuất không bẩn loại nước sinh chủ yếu làm nguội thiết bị, giải nhiệt trạm làm lạnh, ngưng tụ nước loại nước thải thường quy ước nước -Nước thải bẩn: nước thải sinh từ ngành công nghiệp sản xuất sản phẩm, xúc rửa máy móc thiết bị,… thường có kèm theo nước thải từ hoạt động sinh hoạt công nhân viên Loại nước thải thường chứa nhiều tạp chất, chất độc hại, vi khuẩn, cần xử lý cục trước xả vào mạng lưới thoát nước chung vào nguồn nước tùy theo mức độ xử lý Nước thải nhà máy sản xuất bột ngọt, cafe, bia, đường, giấy, cao su, nước thải nhành xi mạ, khoáng sản, dệt nhuộm,… loại nước thải khó xử lý khơng xử lý mà thải trực tiếp môi trường gây hiểm hoạ khôn lường Để lựa chọn công nghệ xử lý nước thải cho phù hợp, cần phải ý đến thành phần nước kim loại nặng, dầu mỡ ( chủ yếu nước thải ngành xi mạ), chất hữu khó phân hủy (có nước thải sản xuất dược phẩm, nơng dược, dệt nhuộm …) Nước thải có thành phần khơng khó xử lý mà cịn độc hại người môi trường sinh thái Bên cạnh đó, thành phần khác nước thải công nghiệp nguy hiểm nhiều không xử lý cách mối đe dọa lớn nguồn nước môi trường Nước mưa chảy tràn bề mặt nước chảy tràn có nguồn gốc từ nước mưa, tuyết tan,… , phần nước không thấm qua đất chảy tràn mặt đường, đất, thu gom vào hệ thống thoát nước thành phố chảy vào nguồn nước mặt Q trình thị hố tăng nhanh chóng kéo theo lượng nước thải ngày lớn Đó lượng chất lỏng hệ thống cống thoát nước thành phố hay khu thị Nó bao gồm loại nước thải sinh hoạt, công nghiệp, dịch vụ,… Theo quan điểm quản lý môi trường nước thải đô thị phân loại theo nguồn gây ô nhiễm nguồn xác định nguồn không xác định Sự phân loại có ý nghĩa đề cập tới vấn đề điều chỉnh kiểm sốt nhiễm Ở nguồn xác định bao gồm cửa cống xả nước mưa tất nguồn nước thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ thống cống kênh rãnh cịn nguồn khơng xác định bao gồm nước chảy trôi bề mặt phân tán khác Các nguồn xác định thường định lượng kiểm sốt trước thải Ngược lại nguồn khơng xác định thường khó quản lý 1.1.2 Phương pháp biểu thị độ nhiễm bẩn Để đánh giá độ nhiễm bẩn nguồn nước người ta thường đánh giá thông số vật lý, hố học, sinh học có nguồn nước Tuỳ vào mục đích sử dụng nước mà người ta đánh giá tiêu cần thiết khác Các thông số vật lý thường quan tâm nhiệt độ, độ đục, độ màu, cặn lơ lửng, tổng chất rắn hoà tan, độ dẫn điện, Nhiệt độ thông số quan trọng sử dụng thiết kế trạm xử lý nước thải có ảnh hưởng tới trình xử lý sinh học, hoá sinh diễn nước Nhiệt độ nước thải thay đổi vào thời gian khác năm địa điểm Độ đục thông số biểu đạt trạng tháu vẩn đục nước, gây phần tử dạng lơ lửng Độ màu thơng số nhận biết mắt Độ màu liên quan trực tiếp đến độ pH hàm lượng oxy hoà tan nước cho phép đánh giá tình trạng nhiễm nước thải Cặn lơ lửng chất rắn không tan, tồn dạng mặt nước lơ lửng nước, loại bỏ phương pháp lọc Các chất lơ lửng làm nước có độ đục Tổng chất rắn hoà tan (TDS) bao gồm chất rắn hữu vô cơ, dạng tan không loại bỏ phương pháp lọc TDS bao gồm anion, cation, phân tử phần tử keo có kích thước nhỏ bé Các chất rắn hồ tan làm cho nước có khả dẫn điện Độ dẫn điện đánh giá khả nước truyền dẫn dòng điện có liên quan trực tiếp tới hàm lượng tổng chất rắn hồ tan Các thơng số hố học thường quan tâm nhu cầu oxy hoá học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD), hàm lượng oxy hoà tan (DO), Tổng nitơ, tổng photpho, hàm lượng khí có nước thải, hàm lượng muối dinh dưỡng, nguyên tố kim loại nặng, tỷ số BOD/COD,… Nhu cầu oxy hoá học (COD) đặc trưng cho lượng oxy cần thiết để oxy hoá hoá học chất hữu có nước thải dicromat môi trường axit COD sử dụng rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng hợp chất hữu có nước Khối lượng ơxy cần thiết để ơxi hóa hợp chất hữu thành điơxít cacbon, amoniac nước thể dạng tổng quát là: Nhu cầu oxy sinh học (BOD) đặc trưng cho tổng lượng oxy cần thiết để vi khuẩn khơng có khả quang hợp thực q trình oxy hố hợp chất hữu dễ phân huỷ sinh học Tổng nitơ (TN) bao gồm tất dạng tồn nitơ nước, bao gồm hàm lượng amonia tự do, nitơ hữu cơ, nitrit nitơrat Tổng photpho bao gồm tất dạng photpho hữu vô tồn nước Hàm lượng chất khí Các khí có nước thải thường khí O2, H2S, CO2, NH4, CH4 Tỷ số BOD/COD thể khả phân huỷ sinh học chất hữu nước thải hay khả ứng dụng phương pháp sinh học xử lý nước thải Dầu, mỡ thường xuất nhiều nước thải, bao gồm chất béo, loại dầu, chất sáp… Các thành phần chất độc nước thải chứa số hợp chất độc gây ảnh hưởng tới trình sống vi sinh vật Các thông số sinh học thường quan tâm mật độ vi khuẩn Faecal Coliform, phân bố rong, tảo, … Trong nước thải, đặc biệt nước thải sinh hoạt cịn có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo lồi thủy vi sinh khác Tùy theo tính chất, loại vi sinh nước vơ hại có hại Nhóm có hại bao gồm loại vi trùng gây bệnh, lồi rong rêu, tảo…Nhóm cần phải loại bỏ khỏi nước thải trước thải vào nguồn tiếp nhận Chỉ tiêu mà ta phải quan tâm đến thị số lượng Coliforms E coli nước Coliforms tiêu thông dụng dùng để đánh giá mức an toàn vệ sinh nước Có ba nhóm vi sinh thị ô nhiễm phân gồm nhóm coliform đặc trưng Escherichia Coli (E.Coli); nhóm Streptococci đặc trưng Streptococcus faecalis; Nhóm Clostridia khử sunfit đặc trưng Clostridium perfringents Coliforms xem vi sinh vật thị an toàn vệ sinh, số lượng chúng diện mẫu thị khả có diện vi sinh vật gây bệnh Coliforms nhóm trực khuẩn đường ruột gram âm không sinh bào tử, hiếu khí kỵ khí tuỳ nghi, có khả sinh acid, sinh lên men lactose 37 0C vòng 24 Coliforms phân thành phần hệ vi sinh vật đường ruột người động vật máu nóng khác sử dụng để thị mức độ vệ sinh trình chế biến, bảo quản, vận chuyển, thực phẩm, nước uống để thị ô nhiễm phân mẫu mơi trường Sự có mặt tảo nước gây nên tượng nước có màu gây nên tình trạng thiếu oxy phát triển nhanh, tạo chất gây mùi nước, tăng nồng độ chất hữu nước, tạo chất độc hai nước,… 1.2 Các phương pháp hỗ trợ cho xử lý sinh học 1.2.1 Các phương pháp học (lắng, lọc, tuyển đơn giản) Nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt thường chứa chất tan không tan dạng hạt lơ lửng Các hợp chất lơ lửng dạng rắn lỏng, chúng tạo với nước thành hệ huyền phù Phương pháp xử lý học loại bỏ đến 60% tạp chất khơng tan giảm chất nhiễm có khả phân huỷ sinh học BOD đến 20% Để tách rác hạt lơ lửng khỏi nước thải, thông thường người ta sử dụng trình học: lọc qua song chắn lưới, lắng tác dụng lực trọng trường lực li tâm lọc Tại song chắn rác, tạp chất thô rác, túi nylon, vỏ trái cây, giẻ, gỗ vật khác giữ lại nhằm đảm bảo cho máy bơm cơng trình, thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định Đây bước quan trọng nhằm đảm bảo độ an toàn cho toàn hệ thống xử lý nước thải Sau nước thải thường đưa tới bể điều hoà để ổn định lưu lượng qua bể lắng đợt 1, bể lắng đợt để tách cặn lơ lửng Quá trình lắng tuyển trình tách hạt lơ lửng phân tích tiêu SS (mg/L) độ đục khỏi nước thải Quá trình thường xảy sau khoảng thời gian lưu nước định có điều kiện thuận lợi cho q trình lắng hạt nặng nước tuyển hạt nhẹ nước Theo nồng độ khuynh hướng tương tác hạt, có dạng lắng lắng độc lập, lắng tạo bông, lắng cản trở lắng vùng nén Lắng độc lập lắng tạo thường xảy hàm lượng cặn lơ lửng tương đối thấp lắng cản trở nén thường xảy hàm lượng cặn lơ lửng cao Trong thực tế dạng lắng thường xảy đồng thời lắng độc lập lắng tạo bơng đóng vai trị định 1.2.2 Các phương pháp hoá lý (keo tụ, hấp phụ, hấp thụ, tuyển chân không) *Phương pháp keo tụ: Các hạt cặn bẩn nước có khả tự lắng nước có kích thước lớn, cịn cặn bé trạng thái lơ lửng Trong kỹ thuật xử lý nước biện pháp xử lý học lắng tĩnh, lọc loại bỏ hạt có kích thước lớn 10mm, cịn hạt cặn có d50 ức chế sinh trưởng VSV, nên trình phân hủy diễn chậm, chất lượng sản phẩm Khi tỷ lệ C/N tấn/ngày) đặt bên ngồi bệnh viện; lị đốt khác đặt khuôn viên bệnh viện Tại thành phố Hà Nội, ngồi lị đốt chất thải y tế tập trung Cầu Diễn (công suất 3,2 tấn/ngày) số lị đốt riêng số bệnh viện, cịn có lị đốt chất thải rắn cơng nghiệp nguy hại (cơng suất 150 kg/giờ) hoạt động từ năm 2003 72 *Tái chế/tái sử dụng Ngoài chế biến rác hữu thành phân bón, thành phần khác (như nilon, nhựa, cao su ) chế biến thành hạt nhựa, ống cống vật liệu xây dựng số nhà máy Đa số thành phần kim loại, nhựa, nilon, giấy, thuỷ tinh, cao su có rác thải (khoảng 20% chất thải rắn) lực lượng “đồng nát” thu mua đưa tái sử dụng/tái chế làng nghề 73 CHƯƠNG TÁC NHÂN VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ KHÍ THẢI VÀ NGUYÊN LÝ CỦA Q TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KHÍ THẢI 3.1 Ơ nhiễm khơng khí ảnh hưởng nhiễm khơng khí người mơi trường Ơ nhiễm môi trường vấn đề nan giải Hằng năm 1,6 tỉ hoá chất độc hại thải trực tiếp vào mơi trường khơng khí từ hoạt động loại hình cơng nghiệp như: Sơn, nhựa, cao su, keo dán, chất phủ bề mặt, sản phẩm chế biến dầu mỏ, dược phẩm, mỹ phẩm, dệt nhuộm… Các loại hố chất mạch vịng toluen, xylene, benzen, methyl benzen, phenol gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe người Tất chất làm ô nhiễm không khí mức độ nhiều ảnh hưởng xấu tới sức khỏe người Những chất vào thể người chủ yếu qua hệ thống hô hấp Cơ quan hô hấp chịu ảnh hưởng ô nhiễm trực tiếp, gần 50% hạt tạp chất với bán kính 0,01－0,1µm xâm nhập vào phổi lắng đọng Khi xâm nhập vào thể, hạt gây nên hiệu ứng độc, chúng độc theo chất hóa học lý học tạo thành nhiễu chế bảo đảm làm đường hô hấp làm vật mang chất độc thể hấp thụ Phân tích thống kê cho phép xác lập cách tin cậy phụ thuộc mức ô nhiễm không khí bệnh tổn thương tuyến hô hấp trên, trụy tim, viêm phế quản, hen, viêm phổi bệnh mắt Sự tăng mạnh nồng độ tạp chất trì vịng số ngày làm tăng tỉ lệ tử vong người đứng tuổi bệnh đường hô hấp tim mạch Tháng mười hai năm 1930, thung lũng sông Maas (Bỉ), người ta ghi nhận đợt ô nhiễm không khí mạnh ba ngày liền; kết hàng trăm người bị ngã bệnh 60 người chết － 10 lần cao tỉ lệ tử vong trung bình Tháng giêng năm 1931, vùng Manchester (Anh), ngày liền quan sát thấy không khí nhiễm bụi mạnh nguyên nhân tử vong 592 người Người ta biết trường hợp nhiễm khí mạnh Ln đơn gắn liền với kết cục tử vong nhiều sinh mạng Năm 1873, Luân đôn, ghi nhận 268 trường hợp tử vong bất ngờ Bụi khói mạnh kết hợp với sương mù thời kỳ từ ngày mùng đến mùng tháng mười hai năm 1852 làm chết 000 dân nội thành Luân đôn Tháng giêng năm 1956, gần 1000 người Luân đôn chết vụ bụi khói kéo dài Phần lớn người chết bất ngờ bị viêm phế quản, emphysema phổi hay bệnh tim mạch Nồng độ CO vượt nồng độ tới hạn cho phép dẫn tới biến đổi sinh lý thể người, nồng độ cao 750 phần triệu － tử vong Điều CO － chất khí hoạt tính cao, dễ liên kết với hồng cầu (hồng huyết cầu) Khi hàm lượng chất cao chuẩn 0,4 % liên kết tạo thành cacboxihemoglobin làm suy giảm thị lực khả đánh giá độ dài khoảng thời gian Với hàm lượng 2－5 % gây nên rối loạn số chức tâm lý chuyển động não (ở liều lượng cao gây nên thay đổi hoạt động tim phổi Với hàm lượng 10－80 % gây nên đau đầu, buồn 74 ngủ, co giật, hư hại chức thở tử vong Mức độ tác động ôxit cacbon tới thể phụ thuộc không vào nồng độ nó, mà vào thời gian người sống (tiếp xúc) với khơng khí nhiễm CO Thật vậy, với nồng độ CO 10－50 phần triệu (thường quan sát thấy khí quảng trường đường phố thành phố lớn), tiếp xúc 50－ 60 phút nhận thấy rối loạn dẫn mục (a), tiếp xúc 6－8 － tuần － quan sát thấy thay đổi mục (b) Sự rối loạn thở, co giật, trí nhớ quan sát thấy với nồng độ CO 200 phần triệu thời gian tiếp xúc 1－2 điều kiện công việc nặng 3－6 điều kiện nghỉ ngơi Rất may tạo thành carboxihemoglobin máu trình thuận nghịch: ngừng hít thở CO carboxihemoglobin bắt đầu thoát khỏi máu; người khỏe mạnh hàm lượng CO máu sau 3－4 giảm hai lần Ôxit cacbon － chất bền vững; thời gian tồn khí 2－ tháng Với nhập lượng hàng năm 350 triệu tấn, nồng độ CO khí phải tăng lên khoảng 0,03 phần triệu năm Nhưng may điều không xảy ra, ta phải biết ơn loại nấm đất chính, chúng tích cực phân hủy CO (ngồi chuyển hóa CO thành CO2 có vai trị đó) Dioxit lưu huỳnh (SO2-) sunphua anhyđrit (SO3-) tổ hợp với hạt lơ lửng ẩm có tác hại tới người, thể sống giá trị vật chất SO2- chất khí khơng màu khơng cháy, với nồng độ khơng khí 0,3－ 1,0 phần triệu bắt đầu cảm thấy mùi nó, cịn với nồng độ cao phần triệu SO2 có mùi gắt khó chịu Dioxit lưu huỳnh hỗn hợp với hạt rắn axit sunphuric (một chất kích thích mạnh SO2) với hàm lượng trung bình năm 0,04－0,09 phần triệu nồng độ khói 150－200 mg/m3 làm tăng triệu chứng khó thở bệnh phổi, với hàm lượng SO2 trung bình ngày 0,2－0,5 phần triệu nồng độ khói 500－700 mg/m3 quan sát thấy tăng mạnh số bệnh nhân tử vong Với nồng độ SO2 0,3－0,5 phần triệu thời gian số ngày gây hại mãn tính thực vật (đặc biệt rau muống, xà lách, bông, bạch dương ) Các oxit nitơ (trước hết dioxit nitơ NO2), xúc tác xạ mặt trời cực tím, liên kết với hydro cacbua (trong số oleophin có khả phản ứng lớn nhất), tạo thành peroxilathetilnitrat (PAN) chất ôxy hóa quang hóa khác, có peroxibenzoilnitrat (PBN), ozon (O3), H2O2, điơxit nitơ Những chất ơxy hóa hợp phần hỗn hợp khói mù quang hóa, khói có tần suất lặp lại cao thành phố ô nhiễm nặng nằm vĩ độ thấp bắc nam bán cầu (Los－Angeles với gần 200 ngày năm có khói mù, Chicago, New－York thành phố khác Mỹ; loạt thành phố Nhật, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Tây Ban Nha, Italia, châu Phi Nam Mỹ) Sự có mặt dioxit nitơ kali iodi thành phần PAN làm cho khói mù có sắc nâu Khi ngưng kết, PAN rơi xuống mặt đất dạng lớp màng lỏng có tác động hủy diệt thảm thực vật Tất chất ơxy hóa, trước hết PAN PBN, kích thích mạnh gây 75 viêm mắt, tổ hợp với ozon kích thích vịm họng, dẫn tới co giật khoang ngực, với nồng độ cao (hơn 3－4 mg/m3) gây ho nặng làm suy giảm khả tập trung Đã xác định rằng, người mà nghề nghiệp có tiếp xúc với asbest xác suất bệnh ưng thư quản vách ngăn khoang ngực khoang bụng cao Berili có tác hại (kể làm xuất chứng bệnh khối u) tới đường hô hấp, da mắt Hơi thủy ngân gây rối loạn hệ thần kinh trung ương thận Vì thủy ngân tích tụ thể người, nên kết cục tác động dẫn đến tàn phá khả trí tuệ Ở thành phố, nhiễm khơng khí liên tục tăng, nên số người mắc chứng bệnh viêm phế quản mãn tính, bệnh dị ứng ung thư phổi ngày nhiều Anh, 10 % trường hợp tử vong thuộc viêm phế quản mãn, 21 % dân cư độ tuổi 40－59 bị bệnh Ở Nhật, loạt thành phố có tới 60 % cư dân bị viêm phế quản mãn tính, triệu chứng bệnh ho khan kèm thở hắt, khó thở trụy tim Trong thập niên gần đây, số bệnh nhân ưng thư phế quản phổi, với hyđrô cacbua gây ung thư tác nhân, tăng nhanh với tốc độ đáng ngại 3.2 Nguyên lý trình xử lý khí thải Bên cạnh số phương pháp xử lý khí thải thơng thường như: hấp thụ, hấp phụ, chưng cất, ngưng tụ, đốt, oxy hố (có không xúc tác), phương pháp sinh học bao gồm lọc sinh học, lọc sinh học nhỏ giọt, màng sinh học nghiên cứu áp dụng rộng rãi cho xử lý khí nhiễm Các phương pháp hoạt động ổn định, hiệu xử lý cao, chi phí đầu tư vận hành thấp Xử lý khí thải phương pháp sinh học biện pháp xử lý ô nhiễm tương đối Đây phương pháp hấp dẫn để xử lý chất khí có mùi hợp chất hữu bay có nồng độ thấp Ngun tắc hệ thống xử lý tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất nhiễm khí thải Hệ thống lọc khí thải nơi chứa nguyên liệu lọc nơi sinh sản cho vi sinh vật Trong hệ thống này, vi sinh vật tạo thành màng sinh học, màng mỏng ẩm bao quanh nguyên liệu lọc Trong q trình lọc, khí thải bơm chậm xun qua hệ thống lọc, chất nhiễm khí thải bị nguyên liệu lọc hấp thụ Các chất khí gây nhiễm bị hấp phụ màng sinh học, đây, vi sinh vật phân hủy chúng để tạo nên lượng sản phẩm phụ CO2 H2O theo phương trình sau: Chất hữu gây ô nhiễm + O2à CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối 3.3 Các hệ thống làm khơng khí phương pháp sinh học Công nghệ sinh học đưa vào áp dụng rộng rãi để xử lý chất thải nhằm bảo vệ môi trường sinh thái tránh khỏi chất thải độc hại xí nghiệp cơng nghiệp Trước nước thải cơng nghiệp, cịn năm gần sử dụng công nghệ sinh học để loại bỏ khí thải cơng nghiệp ưa 76 chuộng Trong thiên nhiên, tồn vi sinh vật có hệ enzyme có khả thủy giải chất độc tố khác đồng hóa sản phẩm tạo chất trao đổi kết cấu lượng Ngày người ta biết phổ rộng hợp chất hữu thuộc nhóm chất khác mà thể vi sinh vật có khả phân giải Trong thực tế người ta sử dụng chủng vi sinh vật hay quần thể vi sinh vật để làm môi trường xung quanh khỏi chất hữu độc hại Trong khơng khí thành phố cơng nghiệp lớn, người ta phát tới khoảng 150 chất hữu thuộc chất đồng đẳng benzol, hydrocarbons, phenol Các xí nghiệp hóa học, chế tạo giấy cellulose, sản xuất sơn công nghiệp thực phẩm, xí nghiệp chế biến nơng sản tổ hợp chăn nuôi, bể lắng nước thải thiết bị xử lý chất thải nguồn thải chất độc hại có mùi thối mà chí nồng độ không lớn gây cho người cảm giác khó chịu làm hại sức khỏe cộng đồng xã hội Phương pháp vi sinh vật làm khơng khí khác với phương pháp làm hoá học lý học khả tiến hành trình nhiệt độ bình thường áp suất khí Trong giảng giới thiệu ba loại hệ thống làm khơng khí phương pháp sinh học: - Tấm lọc sinh học (Bio-filter); - Lọc sinh học nhỏ giọt thấm - Màng sinh học 3.3.1 Tấm lọc sinh học biofilter Lọc sinh học cơng nghệ điều khiển nhiễm Nó bao gồm loại bỏ oxi hoá hợp chất khí bị nhiễm vi sinh vật Lọc sinh học xử lý phân tử khí hữu cơ- hợp chất hữu bay (Volatile Organic Compound- VOCs) hợp chất cacbon, hay chất khí độc vơ cơamoniac hay H2S Thành phần lọc sinh học biofilter lớp lọc, xảy q trình hấp thụ chất độc từ khơng khí bị nhiễm bẩn sau phân hủy chúng vi sinh vật Khơng khí cần làm đưa vào quạt gió Người ta thường sử dụng phân ủ, than bùn chất có nguồn gốc tự nhiên tương tự để làm vật liệu cho lớp lọc Bản thân vật liệu nói có chứa khống chất cần thiết để ni dưỡng vi khuẩn Thường người ta sử dụng quần thể vi sinh hỗn hợp thí dụ “bùn hoạt tính” chẳng hạn để làm khí thải xí nghiệp hóa chất Nguyên lý hoạt động: Hệ thống lọc sinh học cung cấp môi trường cho vi sinh vật phát triển phân hủy chất khí có mùi hôi chất hữu gây ô nhiễm khí thải Hệ thống lọc bao gồm buồng kín chứa vi sinh vật hấp thụ nước, giữ chúng lại nguyên liệu lọc Trong trình lọc sinh học, chất khí gây nhiễm làm ẩm sau bơm vào buồng phía bên nguyên liệu lọc Khi chất khí ngang qua 77 lớp nguyên liệu lọc, chất ô nhiễm bị hấp thụ phân hủy Khí thải sau lọc phóng thích vào khí từ bên hệ thống lọc Nguyên liệu lọc: Nguyên liệu lọc cần có khả giữ ẩm tốt để tạo lớp màng sinh học, có diện tích bề mặt lớn tạo điều kiện cho trình hấp thụ phát triển vi sinh vật, có khả chứa dưỡng chất để cung cấp cho vi sinh vật Ngun liệu lọc tạo lực cản khơng khí thấp (giảm mức độ sụt áp lượng cần sử dụng cho máy bơm), có độ ổn định lý học dễ dàng thao tác Ưu điểm phương pháp: + Giá thành thấp, giá vận hành thấp, sử dụng hóa chất + Thiết kế linh động, thích nghi với loại hình cơng nghiệp diện tích xí nghiệp + Hệ thống lọc sinh học linh động việc xử lý mùi hôi, hợp chất hữu bay chất độc Hiệu suất xử lý thường lớn 90% khí thải có nồng độ chất ô nhiễm < 1000 ppm + Nhiều loại nguyên liệu lọc, vi sinh vật điều kiện vận hành khác áp dụng để đáp ứng nhu cầu xử lý Khuyết điểm phương pháp: + Hệ thống lọc sinh học xử lý chất ô nhiễm có khả hấp phụ thấp tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ hợp chất hữu bay có chứa chlor + Các nguồn nhiễm có nồng độ hóa chất cao cần hệ thống lớn diện tích lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học + Nguồn gây nhiễm có mức độ phóng thích chất nhiễm biến động cao gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật hiệu suất xử lý chúng + Thời gian vi sinh vật thích nghi với môi trường tạo thành màng sinh học (biofilm) kéo dài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt việc xử lý chất hữu bay 3.3.2 Lọc sinh học nhỏ giọt thấm Cũng giống lọc sinh học nhiên lọc sinh học nhỏ giọt thấm trình chất ô nhiễm chuyển từ pha khí vào lớp màng hoạt động sinh học bao ngồi chất Có thể xử lý phân tử khí hữu cơ- hợp chất hữu bay (Volatile Organic Compound- VOCs) hợp chất cacbon, hay chất khí độc vơ cơ- amoniac hay H2S Nguyên lý hoạt động: Nước cung cấp liên tục phía bề mặt mơi trường xốp, khí thải đưa từ đáy lên qua lớp vật liệu, khí thải qua vật liệu dòng nước giữ lại chất ô nhiễm Khí phía đưa trực 78 tiếp môi trường Một phần nước từ đáy hệ thống sau thêm axit hay kiềm dinh dưỡng bơm trở bề mặt lớp lọc Q trình diễn liên tục Khí%sạch% Chất%nhớt%tổng%hợp% và%sinh%khối% Khí%thải% Nước%thải%bẩn% Nước%vào% Hình%3.1.%Sơ%đồ%hệ%thống%lọc%sinh%học%nhỏ%giọt%thấm% % Ngun liệu: Ưu, nhược điểm hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt * Ưu điểm: + Khơng gây tắc nghẽn + Có khả hoạt động công suất cao * Nhược điểm: +Phức tạp mặt học +Vốn đầu tư trì cao 3.3.3 Màng sinh học Màng sinh học tập hợp sinh vật phát triển bề mặt hỗ trợ giá thể trơ, thực hoạt động dị hóa biến đổi chất gây nhiễm thành sản phẩm vô hại.Màng sinh học thường dày từ hàng chục micromet đến cm Sự tạo thành màng sinh học: Đầu tiên bề mặt giá thể có nước chất hữu vi sinh vật bắt đầu xuất Tiếp vi sinh vật bắt đầu bám dính phủ kín giá thể Vi sinh vật tăng 79 sinh khối liên tục tạo thành lớp màng dày bề mặt giá thể tạo thành màng sinh học *Các loại màng sinh học: Màng kỵ nước vi xốpbao gồm màng polymer, polypropylene teflonvà chứa lỗ nhỏ có đường kính khoảng 0,01-1,0 µm.Nước khơng thể qua lỗ chất gây ô nhiễm khuyếch tán qua khơng khí Màng dàycó truyền khối cao,chất dễ bay phải hòa tan vào vậtliệu màng khuếch tán qua màng polymer dày Các loại vậtliệu khác màng dày đặc, cao su silicone(polydimetylsiloxan, PDMS) *Cơ chế xử lý khí thải màng sinh học: Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học hóa học thuận lợi cho việc chuyển đổi chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng q trình phân hủy sinh học chất ô nhiễm màng sinh học Cơ chế trình lọc sinh học bao gồm trình hấp phụ, hấp thụ phân hủy vi sinh vật Các vi sinh vật màng sinh học liên tục hấp thụ biến dưỡng chất ô nhiễm, biến chúng thành sản phẩm cuối nước, CO2 loại muối *Ưu điểm Khả truyền khối tăng lên diện tích tiếp xúc lớn (xử lý chất nhiễm khó tan nước mà phương pháp hấp thu sinh học gặp khó khăn) Khơng bị nghẹt lỗ lọc (thường xảy với lọc nhỏ giọt) Không cần làm ẩm khơng khí.(như lọc sinh học) Khơng phát tán vi sinh vật *Nhược điểm Giá thành cao phương pháp sinh học khác Tốn nhiều thời gian Màng sinh học dùng để xử lý khí nhiễm với lưu lượng khí cần xử lý lớn nồng độ chất ô nhiễm không nhỏ để xử lý khí thải có chứa chất gây nhiễm đặc biệt chất hoà tan nước propene nhà máy sản xuất nhựa; Trichloroethene (TCE) sản xuất dầu… ; n- hexan, toluen nhà máy sản xuất sơn 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Xuân Phương Các q trình sinh học cơng nghệ mơi trường Nhà xuất Xây dựng Hà Nội, 2003 Nguyễn Lân Dũng (Chủ biên) Vi sinh vật học Nhà xuất Giáo dục, 2000 Phạm Thị Trân Châu (Chủ biên) Hóa sinh học Nhà xuất Giáo dục, 2000 Trần Thị Thanh Công nghệ Vi sinh Nhà xuất Giáo dục, 2001 Trần Thị Cẩm Vân Giáo trình Vi sinh vật học mơi trường Nhà xuất Giáo dục, 2003 Nguyễn Xuân Nguyên, Trần Quang Huy Công nghệ xử lý nước thải chất thải rắn Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật HN, 2004 Trần Đức Hạ Giáo trình trình vi sinh cơng trình cấp nước Trường ĐH xây dựng HN, 2004 Robert H Kadlec, Scott Wallace, Robert L Knight (1995) Treatment Wetland 81 82