Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý khí H2S trong hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam

Nội dung bài viết nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý khí H2S trong hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam. Mời các bạn tham khảo!

K t qu nghiên c u KHCN Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam Nguy n Qu c Hồn, Nguy n Th Mai Vi n Nghiên c u KHKT B o h lao đ ng TÓM TẮT I ĐẶT VẤN ĐỀ iện có nhiều phương pháp xử lý khí H2S Phương pháp sinh học phương pháp sử dụng vi sinh vật phân hủy tiêu thụ khí thải độc hại Các vi sinh vật, vi khuẩn hấp thụ đồng hóa chất khí H2S Xử lý nhiễm mơi trường nói chung nhiễm mơi trường khơng khí nói riêng phương pháp sinh học xu hướng nhiều nước phát triển giới sử dụng Việt Nam phải nhập hệ thống xử lý khí thải sử dụng cơng nghệ lọc sinh học mà chưa có đơn vị nghiên cứu hệ thống nước Đối với hệ thống nhập khẩu, thường gặp số vấn đề như: (1) Việc tiếp nhận chuyển giao cơng nghệ vận hành thường gặp khó khăn nhà cung cấp thường không cung cấp đầy đủ thơng tin hệ thống; (2) Chi phí đầu tư cao phải qua nhiều khâu thương mại trung gian; (3) Do không chủ động nguồn vi sinh vật (VSV) vật liệu đệm dẫn đến bị H Phương pháp sinh học phương pháp thân thiện với mơi trường, khơng có sản phẩm nhiễm thứ cấp nên đầu tư phát triển nhiều giới Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt: nhiệt, độ pH, EBRT, vận tốc bề mặt dung dịch tuần hồn, nồng độ khí H2S đầu vào Nhóm thực đề tài nghiên cứu tổng quan kết nghiên cứu nước, tiến hành nghiên cứu hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt với điều kiện: Thông số pH vd (m/h) CH2S (ppm) EBRT (s) Tthap Giá trị 6,0-8,2 5,9–1,2 100-500 110-11 20-40 Kết tìm hàm mơ tả hiệu xử lý khí H2S xác định điểm mà hiệu xử lý đạt tới 98,9% Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 95 K t qu nghiên c u KHCN động hệ thống có cố hay phải bảo trì định kỳ Các khó khăn nêu khắc phục chủ động công nghệ xử lý ô nhiễm không khí phương pháp sinh học nói chung hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt (BTF) nói riêng Tại Việt Nam, Viện Công nghệ sinh học - Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam lựa chọn chủng vi khuẩn, đồng thời nhóm tác giả triển khai cố định chủng VSV lên vật liệu đệm khai thác Việt Nam có cấu tạo từ xenlulo/polyurethane Tức có phản ứng sinh học để xử lý H2S Vấn đề cần tiếp tục thực đánh giá ảnh hưởng thơng số q trình đến chất lượng lọc (sinh khối/mật độ tế bào VSV) hiệu phân huỷ H2S hệ thống Đây nội dung nghiên cứu nhiệm vụ “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam” đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý H2S phương pháp sinh học” – Mã số 215/01/TLĐ II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam 96 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu hồi cứu tài liệu, lý thuyết Phương pháp nghiên cứu tài liệu sử dụng nhằm tổng quan giải pháp xử lý H2S giới, so sánh ưu điểm hạn chế phương pháp BTF với phương pháp khác Từ xây dựng qui trình cơng nghệ xử lý khí H2S phương pháp BTF - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm áp dụng để nghiên cứu q trình xử lý khí H2S phương pháp BTF Nhiệm vụ tiến hành thiết kế pilot thí nghiệm chạy thí nghiệm với số thiết bị như: Bộ tạo mẫu khí, tháp xử lý, máy nén khí, hệ thống van điều chỉnh, hệ thống đồng hồ thiết bị đo… - Phương pháp thống kê xử lý số liệu thực nghiệm III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Kết đạt phòng thí nghiệm - Tuyển chọn chủng vi sinh vật Các chủng vi khuẩn phân lập, nuôi cấy môi trường đặc hiệu dạng lỏng; hoạt tính oxy hóa thiosulfate (S2O32−) chúng xác định thông qua định lượng SO42− tạo môi trường nuôi cấy Sau ngày nuôi cấy điều kiện hiếu khí, khả sinh trưởng hình thành sulfate mơi trường ni xác định trình bày Bảng B ng Ho t tính oxy hóa h p ch t kh ch ng vi khu n hi u khí c a l
u huỳnh Kí hiệu Khả sinh Hoạt tính (Hàm lượng chủng U0D600) trưởng (U SO42- tạo thành (mg/l) BNS1 0,567 139,01 BNS2 0,438 80,.3 BNS3 0,609 140,18 NNS1 0,617 196,9 BNS4 0,581 582,9 NNS5 0,577 151,81 NNS7 0,602 132 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 K t qu nghiên c u KHCN Kết thí nghiệm cho thấy chủng vi khuẩn có ký hiệu BNS4; NNS1; NNS5 NNS7 có khả sinh trưởng tốt ( OD600 đạt khoảng xấp xỉ 0,6) Tuy nhiên hình thành SO42− môi trường nuôi chủng BNS4, NNS1, BNS1, NNS5 cao nên lựa chọn chủng để nghiên cứu đặc điểm sinh học chúng nhằm định hướng phân loại ứng dụng chúng sản xuất chế phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt: - Độ pH - Vận tốc bề mặt dòng dung dịch vd (m/h) - Nồng độ sulfate CH2S (ppm) - Thời gian lưu EBRT (s) - Nhiệt độ tháp xử lý Tthap B ng Đi u ki n biên c a y u t nh h
ng Thông số pH vd (m/h) CH2S (ppm) EBRT (s) Tthap Giá trị 6,0-8,2 5,9–1,2 100-500 110-11 20-40 3.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm Pilot: 3.2.1 S
đ pilot thí nghi m a Quá trình cấy VSV lên vật liệu đệm: Con giống VSV pha vào dung dịch khoáng (dung dịch tạo nước dưỡng chất nuôi VSV) Dung dịch bơm tuần hoàn lên tháp lắp đặt vật liệu đệm VSV bám lên bề mặt vật liệu đệm sinh khối Các khoáng chất bổ sung định kỳ để tạo môi trường sống cho VSV sinh khối Hệ thống điều chỉnh pH tự động hoạt động để ổn định nồng độ pH bể dung dịch tuần hoàn Theo thời gian mật độ VSV bám vật liệu đệm phủ kín bề mặt vật liệu đệm Lúc trình cấy VSV lên vật liệu đệm kết thúc Chuyển sang chế độ xử lý khí H2S b Q trình xử lý H2S: Trong q trình hệ thống bơm tuần hồn hoạt động giống trình cấy VSV lên vật liệu đệm Tuy nhiên trình chất lưu huỳnh (S) khơng bổ sung vào dung dịch tuần hồn Thay vào lượng lưu huỳnh cấp vào mẫu khí tạo tạo mẫu Khí nén H2S chứa bình áp suất cao qua van điều chỉnh áp suất, van điều chỉnh lưu lượng, đồng hồ đo lưu lượng, lọc bụi, buồng hòa trộn vào tháp lọc c Các vị trí lấy mẫu: A: Vị trí lấy mẫu khí đầu vào B: Điểm lấy mẫu sau q trình xử lý với Htháp = 150mm đo Trở lực tháp lọc C: Điểm lấy mẫu sau trình xử lý với Htháp = 350mm D: Điểm lấy mẫu sau q Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 97 K t qu nghiên c u KHCN trình xử lý với Htháp = 650mm E: Điểm lấy mẫu sau trình xử lý với Htháp = 990mm F: Điểm lấy mẫu sau trình xử lý với Htháp = 2600mm đo Trở lực tháp lọc d Thiết bị đo sử dụng q trình thí nghiệm: - Lưu lượng dịng khí xác định đồng hồ hiển thị tức thời - Nồng độ H2S xác định thông qua thiết bị đo nhanh Ventis MX4 Kiểm tra thông qua việc lấy mẫu phân tích Phịng Quan trắc Phân tích Mơi trường – Trạm QT&PT Mơi trường lao động - Nhiệt độ dung dịch xác định nhiệt kế - Tổn thất áp suất qua tháp xác định áp kế chữ U - Nồng độ pH xác định sensor đo hệ thống điều khiển B ng Các bi n thông s nghiên c u STT Thông số Các thơng số nghiên cứu (xem Bảng 3): Hàm mơ tả có dạng là: Y=78,419-2,072x17,747x2+1,772x3+5,159x42,647x5-0,6x1x3-0,566 x2x3+ 0,953x3x4+0,834x4x5 Hiệu xử lý H2S đạt max 98,9% với thông số đầu vào Bảng 3, giá trị biến thực IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Biến mã Biến thực Giá trị biến thực Vận tốc bề mặt dòng dung dịch [vd] x1 Z1 5,9–1,2 (m/h) Nồng độ hydro sulfate đầu vào [C0] x2 Z2 100-500 (ppm) Độ pH x3 Z3 6,0-8,2 Thời gian lưu [EBRT] x4 Z4 110-11 (s) Nhiệt độ tháp xử lý [Ttháp] X5 3.2.2 Quy ho ch th c nghi m thí nghi m Z5 20-40 ( C) 4.1 Kết luận Đã gia cơng chế tạo, lắp đặt giá thí nghiệm thực thí nghiệm xử lý H2S sử dụng phương pháp lọc sinh học kiểu nhỏ giọt Hiệu xử lý H2S cao đến 98,9% khống chế môi trường tốt Xây dựng quy trình vận hành thiết bị xử lý H2S sử dụng phương pháp lọc sinh học kiểu nhỏ giọt Lập biểu đồ, hàm mô tả hiệu xử lý H2S phương pháp lọc sinh học kiểu nhỏ giọt phục vụ công tác thiết kế hệ thống xử lý H2S Chứng minh ứng dụng lọc sinh học kiểu nhỏ giọt để xử lý H2S hiệu quả, thân thiện với môi trường hứa hẹn đạt hiệu tốt áp dụng xử lý H2S công nghiệp Tuy nhiên cịn tồn số vấn đề sau: Hình nh giá thí nghi m 98 Việc cung cấp ổn định Sunphua khống chất bổ sung để trì việc sinh Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 K t qu nghiên c u KHCN B ng K ho ch th c nghi m N Biến thực Biến maõ yj ysbj z1 z2 z3 z4 z5 xo x1 x2 x3 x4 x5 1,2 100 11 20 +1 -1 -1 -1 -1 -1 81,70 77,42 5,9 100 11 20 +1 +1 -1 -1 -1 -1 80,00 78,43 1,2 500 11 20 +1 -1 +1 -1 -1 -1 72,50 78,32 5,9 500 11 20 +1 +1 +1 -1 -1 -1 68,40 79,33 1,2 100 8,2 11 20 +1 -1 -1 +1 -1 -1 86,00 77,42 5,9 100 8,2 11 20 +1 +1 -1 +1 -1 -1 79,50 78,43 1,2 500 8,2 11 20 +1 -1 +1 +1 -1 -1 81,10 78,32 5,9 500 8,2 11 20 +1 +1 +1 +1 -1 -1 65,30 79,33 1,2 100 110 20 +1 -1 -1 -1 +1 -1 95,40 77,37 10 5,9 100 110 20 +1 +1 -1 -1 +1 -1 92,00 78,38 11 1,2 500 110 20 +1 -1 +1 -1 +1 -1 71,00 78,27 12 5,9 500 110 20 +1 +1 +1 -1 +1 -1 71,20 79,28 13 1,2 100 8,2 110 20 +1 -1 -1 +1 +1 -1 98,10 77,37 14 5.9 500 8.2 110 20 +1 + -1 +1 +1 -1 92,10 79,20 15 1,2 500 8,2 110 20 +1 -1 +1 +1 +1 -1 82,00 78,27 16 5,9 500 8,2 110 20 +1 +1 +1 +1 +1 -1 78,00 79,28 17 1,2 100 11 40 +1 -1 -1 -1 -1 +1 76,00 77,63 18 5,9 100 11 40 +1 +1 -1 -1 -1 +1 71,60 78,64 19 1,2 500 11 40 +1 -1 +1 -1 -1 +1 65,90 77,95 20 5,9 500 11 40 +1 +1 +1 -1 -1 +1 64,00 78,97 21 1,2 100 8,2 11 40 +1 -1 -1 +1 -1 +1 78,00 77,63 22 5,9 100 8,2 11 40 +1 +1 -1 +1 -1 +1 77,60 78,64 23 1,2 500 8,2 11 40 +1 -1 +1 +1 -1 +1 64,00 77,95 24 5,9 500 8,2 11 40 +1 +1 +1 +1 -1 +1 61,70 78,97 25 1,2 100 110 40 +1 -1 -1 -1 +1 +1 88,40 78,30 26 5,9 100 110 40 +1 +1 -1 -1 +1 +1 86,10 79,32 27 1,2 500 110 40 +1 -1 +1 -1 +1 +1 74,60 78,63 28 5,9 500 110 40 +1 +1 +1 -1 +1 +1 68,70 79,64 29 1,2 100 8,2 110 40 +1 -1 -1 +1 +1 +1 98,00 78,30 30 5,9 100 8,2 110 40 +1 +1 -1 +1 +1 +1 95,40 79,32 31 1,2 500 8,2 110 40 +1 -1 +1 +1 +1 +1 75,30 78,63 32 5,9 500 8,2 110 40 +1 +1 +1 +1 +1 +1 68,20 79,64 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 99 K t qu nghiên c u KHCN khối vi sinh vật vơ quan trọng Vì tính toán thiết kế hệ thống cần chi tiết, cụ thể Trong trình vận hành hệ thống phải thường xuyên theo dõi kiểm soát hệ thống 4.2 Kiến nghị Cần triển khai thí điểm xử lý H2S phương pháp lọc sinh học kiếu nhỏ giọt số sở cơng nghiệp có phát thải H2S để đánh giá xác tính ốn định, hiệu xử lý thiết bị dạng thiết bị công nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Quốc Hoàn (2014) “Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam” Báo cáo tổng kết nhiệm vụ 2014/07/NV-DA4 [2] Vũ Thanh Lương (2015) Đề tài nghiên cứu khoa học: Nghiên cứu chế tạo thiết bị xử lý H2S phương pháp sinh học – Mã số 215/01/TLĐ [3] Sublette, K.L and N.D Sylvester 1987 Oxidation of hydrogen sulfide by continuous cultures of Thiobacillus denitrificans Biotechnology and Bioengineering 29: 753-758 [4] Sergio Revah, Juan M Morgan-Sagastume Methods of Odor and VOC Control [5] Benschop, A., A Janssen, A Hoksberg, M Seriwala, R Abry and C Ngai 2002 The shell-Paques/THIOPAQ gas 100 desulphurization process: Successful start up first commercial unit http://www paques.nl (2006/02/15) [6] M.Syed, G.Soreauu, P.Falletta, M.Béland 2006 Removal of hydrogen sulfide from gas stream using biological processes - A review [7] Mesa, M M., M Macías and D Cantero 2002 Biological iron oxidation by Acidithiobacillus ferrooxidans Chemical and Biochemical Engineering Quarterly 16(2): 69-73 [8] Chung, Y.C., C Huang and C.P Tseng 2001 Biological elimination of H2S and NH3 from wastegases by biofilter packed with immobilized heterotrophic bacteria Chemosphere 43: 1043-1050 [9] Clark, O.G., I Edeogu, J Feddes, R.N Coleman and A Abolghasemi 2004 Effects of operating temperature and supplemental nutrients in a pilotscale agricultural biofilter, Canadian Biosystems Engineering 46: 6.7-6.16 [10] Cheulhyun Moon, Eun Yeol Lee, and Sunghoon Park 2009 Biodegradation of Gasphase Styrene in a High-performance Biotrickling Filter using Porous Polyurethane Foam as a Packing Medium [11] Martín Ramírez, José Manuel Gómez, Germán Aroca, Domingo Cantero 2009 Removal of hydrogen sulfide by immobilized Thiobacillus thioparus in a biotrickling filter packed with polyurethane foam [12] Devesh Pandey, Samudrala Prasanth 2006 Removal of Hydrogen Sulfide using bio filters [13] Germán Aroca, Homero Urrutia, Dariela Núñez, Patricio Oyarzún, Alejandra Arancibia, Karlo Guerrero 2007 Comparison on the removal of hydrogen sulfide in biotrickling filters inoculated with Thiobacillus thioparus and Acidithiobacillus thiooxidans [14] Seongyup Kim, Marc A Deshusses 2005 Understanding the limits of H2S degrading biotrickling filters using a differential biotrickling filter [15] Eun Young Lee, Nae Yoon Lee, Kyung-Suk Cho, Hee Wook Ryu 2006 Removal of Hydrogen Sulfide by SulfateResistant Acidithiobacillus thiooxidansAZ11 [16] M.ramirez, J.M.Gómez, D.Cantero, J Páca, M Halecký, E.I Kozlliak, M Sobotka 2009 Hydrogen Sulfide Removal from Air by Acidithiobacillus thiooxidans in a Trickle Bed Reactor [17] GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển - Quy hoạch thực nghiệm – Nhà xuất Khoa học kỹ thuật – 2005 18 GS Trần Ngọc Chấn – Kĩ thuật thông gió – Nhà xuất Xây dựng – 1998 Tạp chí Hoạt động KHCN An toàn - Sức khỏe & Môi trường lao động, Số 4,5&6-2016 ... VSV) hiệu phân huỷ H2S hệ thống Đây nội dung nghiên cứu nhiệm vụ ? ?Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam? ?? đề tài nghiên cứu khoa học: ... (2014) ? ?Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt chế tạo Việt Nam? ?? Báo cáo tổng kết nhiệm vụ 2014/07/NV-DA4 [2] Vũ Thanh Lương (2015) Đề tài nghiên cứu. .. để nghiên cứu đặc điểm sinh học chúng nhằm định hướng phân loại ứng dụng chúng sản xuất chế phẩm Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu xử lý khí H2S hệ thống lọc sinh học kiểu nhỏ giọt: - Độ pH - Vận tốc