Nghiên cứu xử lý khí thải gây mùi hôi bằng phương pháp sinh học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN  LÂM PHẠM THANH HIỀN NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI GÂY MÙI HÔI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC REMOVAL OF ODOROUS GASES BY BIOLOGICAL METHOD CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH : 60520320 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 02 NĂM 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên học viên: LÂM PHẠM THANH HIỀN MSHV: 1670864 Ngày, tháng, năm sinh: 25/08/1987 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường Mã số: 60520320 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu xử lý khí thải gây mùi phương pháp sinh học NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đề tài tiến hành khảo sát khả xử lý dịng khí có mùi từ mơ hình chứa rác thải phương pháp lọc sinh học lọc sinh học nhỏ giọt thơng qua khảo sát q trình ni cấy, thích nghi, vận hành mơ hình việc loại bỏ khả chuyển hóa Amonia, Hydro Sulfua dịng khí với vật liệu đệm mơ hình lọc sinh học Phân bị phân Compost mơ hình lọc sinh học nhỏ giọt giá thể K3 II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/08/2018 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2018 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Thị Lê Liên; TS Nguyễn Nhật Huy CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tp.HCM, ngày tháng năm 2019 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGHUYÊN CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐAI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Cán hướng dẫn 1: TS Nguyễn Thị Lê Liên Cán hướng dẫn 2: TS Nguyễn Nhật Huy Cán phản biện 1: PGS.TS Lê Thị Kim Oanh Cán phản biện 2: PGS.TS Trần Tiến Khôi Luận văn bảo vệ trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM ngày 18 tháng 01 năm 2019 Thành viên Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ gồm: Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Nguyễn Tấn Phong Cán phản biện 1: PGS.TS Lê Thị Kim Oanh Cán phản biện 2: PGS.TS Trần Tiến Khôi Ủy viên hội đồng: PGS.TS Đặng Vũ Bích Hạnh Thư ký hội đồng: TS Huỳnh Khánh An Xác nhận chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn chỉnh sửa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN LỜI CẢM ƠN Việc thực luận văn thạc sĩ bước ngoặt quan trọng đời, cố gắng nỗ lực riêng thân, em xin trân trọng cảm ơn hỗ trợ giúp đỡ từ q thầy cơ, gia đình bạn bè Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến TS Nguyễn Thị Lê Liên TS Nguyễn Nhật Huy – người hỗ trợ em suốt trình nghiên cứu thực đề tài, định hướng cho em lời khuyên kịp thời bước đi, tạo điều kiện tốt mặt để em hồn thành tốt luận văn Tiếp đến em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Môi Trường Tài Nguyên – Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM tận tình giúp đỡ, nhiệt tình dạy dỗ chia sẻ kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt khoảng thời gian học tập giảng đường Đó động lực giúp em vững tin trình làm luận văn thạc sỹ, vận dụng sống thân Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm khoa, thầy cô khoa Môi Trường Tài Nguyên – Đại Học Bách Khoa – ĐHQG Tp.HCM tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ tạo điều kiện trình cơng tác để em hồn thành luận văn Sau cùng, em xin cảm ơn tất bạn bè, người đồng hành với em chặng đường học tập người ủng hộ, động viên tinh thần giúp đỡ em vượt qua giai đoạn khó khăn để hồn thành luận văn LÂM PHẠM THANH HIỀN TÓM TẮT Đề tài tập trung nghiên cứu khả loại bỏ khí gây mùi từ dịng khí thải phát sinh từ q trình ủ rác thải sinh hoạt phương pháp lọc sinh học lọc sinh học nhỏ giọt Theo đó, hai mơ hình lọc sinh học sử dụng giá thể phân bị phân compost, cịn mơ hình lọc sinh học nhỏ giọt sử dụng giá thể di động K3 Kết nghiên cứu cho thấy lưu lượng 4,5 l/phút, tương ứng với thời gian lưu khí ba mơ hình 44, 51 104 giây mơ hình lọc sinh học sử dụng giá thể phân bò cho hiệu suất xử lý cao khoảng 60-75% với khả loại bỏ chất ô nhiễm đạt – mgN/m3.h 20 – 30 mgS/ m3.h Bên cạnh đó, hiệu xử lý khảo sát giảm lưu lượng dòng vào từ 4,5 xuống l/phút kết cho thấy hiệu xử lí ba mơ hình nhìn chung tăng từ 1,2 - 1,5 lần so với thông số hoạt động ban đầu, mơ hình lọc sinh học chứa giá thể phân bò cho hiệu suất 80% Cân nitơ cân lưu huỳnh xác lập mục đích để xem xét việc chuyển hóa sinh học nitơ lưu huỳnh Những kết cho thấy khả xử lý khí gây mùi phương pháp sinh học hồn tồn có khả ứng dụng thực tế điều kiện Việt Nam Từ khóa: amonia, hydro sulfua, lọc sinh học, lọc sinh học nhỏ giọt, xử lý mùi hôi i ABSTRACT This study focuses on the removal of odorous gases from domestic solid waste by biofilter (BF) and bio-trickling filter (BTF) The experiments were conducted using three biological treatment models: two BF using cow manue and commercial compost and one BTF using K3 bio-media Results showed that at the flow rate of 4.5 L/min, corresponding gas retention time in these three models of 44, 51 and 104 seconds, the BF with cow manue had the highest removal efficiency of 60-75% with elimination ability of – mgNH3/m3.h and 20 – 30 mgH2S/m3.h Moreover, the decrease of gas flow rate from 4.5 to L/min resulted in an increase of removal efficiency from 1.2 – 1.5 times for all models, where BF containing cow manue reached over 80% removal efficiency Nitrogen and sulfur balance were also determined for understanding the biotransformation of nitrogen and sulfur compound in the system These results imply that biological methods are effective for removal of odorous gases and could be a very potential technology for practical application in Vietnam Keywords: Ammonia, hydrogen sufide, biofilter, bio-trickling filter, odorous gas ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: LÂM PHẠM THANH HIỀN MSSV: 1670864 Ngày, tháng, năm sinh: 25/08/1987 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THẢI GÂY MÙI HƠI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC Tôi xin cam đoan rằng, tất số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa khác cơng bố cơng trình khác Tp HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2019 Lâm Phạm Thanh Hiền iii MỤC LỤC TÓM TẮT i ABSTRACT ii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 NƠI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÙI HÔI 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ Ô NHIỄM MÙI 2.3 TỔNG QUAN VỀ H2S 2.3.1 Nguồn gốc 2.3.2 Tính chất 2.3.3 Tác hại 2.4 TỔNG QUAN VỀ NH3 2.4.1 Nguồn gốc 2.4.2 Tính chất 2.4.3 Tác hại 2.5 CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC 11 2.5.1 Lọc sinh học (biofilter) 11 2.5.2 Lọc sinh học nhỏ giọt (bio-trickling filter) 14 2.6 TÌNH HÌNH XỬ LÝ CÁC CHẤT GÂY MÙI TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 17 iv 2.6.1 Tình hình xử lý H2S 17 Ngoài nước 17 Nghiên cứu nước 19 2.6.2 Tình hình xử lý NH3 20 CHƯƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 21 3.1.1 Mẫu khí thải nghiên cứu 21 3.1.2 Vi sinh sử dụng nghiên cứu 22 3.1.3 Nước cất sử dụng 22 3.2 GIÁ THỂ NGHIÊN CỨU 22 3.2.1 Giá thể di động K3 22 3.2.2 Phân bò 23 3.2.3 Phân compost 24 3.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 26 3.3.1 Sơ đồ mơ hình thí nghiệm nhóm nghiên cứu 26 3.3.2 Các thông số thiết kế tháp 27 3.3.3 Vận hành mơ hình 29 3.4 THÔNG SỐ KHẢO SÁT 29 3.4.1 KHẢO SÁT HIỆU QUẢ VÀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ CỦA MƠ HÌNH 29 3.5 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SỐ LIỆU 32 3.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 32 3.6.1 Phân tích H2S 32 3.6.2 Phân tích NH3 32 3.6.3 Phân tích SO2 32 3.7 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU LỎNG 33 3.7.1 Phương pháp phân tích sunfate mẫu nước 33 3.7.2 Phương pháp phân tích nitrate mẫu nước 33 3.7.3 Phương pháp phân tích nitrite mẫu nước 33 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34 4.1 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ H2S CỦA CÁC MƠ HÌNH 34 4.2 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XỬ LÝ KHÍ NH3 CỦA CÁC MƠ HÌNH 35 4.3 KHẢO SÁT CỦA SỰ THAY ĐỔI LƯU LƯỢNG ĐẾN HIỂU QUẢ XỬ LÝ 37 v 4.4 KHẢO SÁT SỰ CHUYỂN HÓA NH3 VÀ CÂN BẰNG KHỐI LƯỢNG 39 4.4.1 Thí nghiệm khảo sát chuyển hóa amonia sinh học 39 4.4.2 Thí nghiệm khảo sát chuyển hóa hydro sulfua sinh học 43 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 5.1 KẾT LUẬN 47 5.2 KIẾN NGHỊ 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 52 vi  Quy trình phân tích NH3 Quy trình lập đường chuẩn Quy trình lập đường chuẩn thực bảng 3.7 Tên dung dịch Số hiệu dung dịch chuẩn Dung dịch chuẩn công tác, ml 0,5 2,5 10 Dung dịch hấp thu, ml 10 9,5 7,5 Dung dịch buffer, ml Dung dịch phenol công tác, ml Dung dịch hypochloride công tác, ml 2.5 ml Khối lượng NH3, mg 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 ABS 0,561 1,192 1,815 2,476 3,036 Sau chuẩn bị dãy mẫu theo bảng, để ổn định vòng 30 phút đo hấp thu quang phổ λ= 630nm Sau trình phân tích đồ thị đường chuẩn thể hình 64 y = 0,0081x + 0,0002 R² = 0,9995 Đường chuẩn khí NH3 0,03 Nồng độ (mg/L) 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 0,5 1,5 2,5 3,5 Abs Đồ thị đường chuẩn xác định khí NH3 Phương trình đường chuẩn là: y = 0.0081x + 0.0002 Hàm lượng amoniac (C) khơng khí cần nghiên cứu tính mg/m3, theo cơng thức: C = W×Ba B×V0 Trong đó: W: lượng amoniac phần dung dịch mẫu lấy phân tích (mg) B: thể tích dung dịch mẫu lấy phân tích (ml) Ba: tổng thể tích dung dịch mẫu (ml) V0: thể tích mẫu khơng khí đưa điều kiện tiêu chuẩn (m3) C PHÂN TÍCH SO2  Hóa chất thuốc thử Dung dịch hấp thụ K2HgCl4 (0,04 M): Hòa tan 10,86 g HgCl2 + 5,96 g KCl + 0,066 g EDTA vào nước định mức đến 1lít (có thể thay KCl 4,68 g NaCl) Dung dịch có pH khoảng 4-5 Dung dịch hấp thụ thường định tháng, có tủa bỏ Sulfamic acid 0,6%: Hoà tan 0,6g sulfamid acid 100 ml nước cất Dung dịch giữ 10 ngày Formaldehyt 0,2 %: Hoà tan 2,5ml Formaldehyde (40%), định mức thành 250 ml Pararosanilin 0,2% Stock: Cân 0,1g pararosanilin pha 50ml dung dịch HCl 1N (trong trường hợp pararosanilin không cần phải chiết với 1-Buthanol để làm trước sử dụng) 65 Acid phosphoric 3M: Lấy 102,5 ml acid H3PO4 14,6M (85%), cho vào bình định mức 500ml, định mức tới vạch Thuốc thử Pararosanilin công tác: Lấy 40 ml dung dịch Pararosanilin Stock vào bình định mức 500, thêm 50 ml H3PO4.3M định mức đến 500 ml Hóa chất chuẩn hóa : dung dịch I2 0,01N: cân 1,27g I2 5g KI cho vào bình định mức 1L, cho khoảng 250ml nước vào khuấy cho tan định mức thành 1L Dung dịch chuẩn SO2: chuẩn bị từ Na2SO3 Na2S2O5: Hòa tan 0.400g Na2SO3 0.300g sodium metabisulfite (Na2S2O5) 500mL nước cất Hàm lượng tương ứng SO2 dung dịch 406g/mL (đối với Na2SO3) 404g/mL (đối với Na2S2O5) Thực tế, nồng độ SO2 thấp nồng độ lý thuyết khoảng 10%, cần xác định lại xác nồng độ chúng Chuẩn lại dung dịch Na2SO3: cho vào erlen 250mL (có nút nhám) 20mL Iodine 0.01N, thêm tiếp 10mL dung dịch Na2SO3 Đậy kín để phản ứng khoảng phút Sau chuẩn lại dung dịch thiosulfate 0.01N, đến màu vàng nhạt Sau thêm vài giọt thị hồ tinh bột chuẩn đến màu xanh Nồng độ SO2 tính sau: SO2 (g/mL) = ( A  B)  N  K V Trong đó: A: số mL thiosulfate 0.01N chuẩn mẫu trắng B: số mL thiosulfate 0.01N chuẩn mẫu N: nồng độ đương lượng thiosulfate K: micro đương lượng gam SO2, K = 32030 Dung dịch chuẩn SO2 làm việc: lấy xác mL dung dịch Na2SO3 chuẩn bị phần định mức thành 500mL dung dịch hấp thụ Dung dịch ổn định vòng 30 ngày bảo quản 50C  Lấy mẫu Mẫu khí thu qua bình hấp thu chứa 10 mL dung dịch hấp thu TCM Tốc độ lấy mẫu từ 0.5 – 2.5 L/phút, thời gian lấy mẫu từ 15 – 60 phút Tránh để mẫu ánh sáng mặt trời sau khí lấy mẫu (nếu cần, che bình lấy mẫu giấy nhơm) Nếu mẫu chưa phân tích cần bảo quản 50C tủ lạnh Chú ý: cần ghi lại thông số nơi lấy mẫu: nhiệt độ, áp suất, thể tích khí lấy  Phân tích mẫu 66 Mẫu chuyển qua bình định mức 25 mL, sử dụng khoảng 5mL nước cất để tráng Thêm 1mL acid sulfamic, để phản ứng 10 phút Thêm xác 2mL formaldehyde 0.4% 5mL thuốc thử pararoaniline Đo màu bước sóng 548nm sau 30 phút  Dựng đường chuẩn Sử dụng bình định mức 25mL, thực dãy chuẩn sau: STT Dd sulfite chuẩn (ml) Dd hấp thu (mL) 10 Acid sulfamic 0.6% 1 1 1 Formaldehyde 0.4% 2 2 2 Pararosanilin 5 5 5 Để yên 10 phút Định mức thành 25ml sau tiến hành đo hấp thu quang phổ  Phương trình đường chuẩn SO2 Đường chuẩn khí SO2 y = 0,023x + 3E-05 R² = 0,9996 0,012 y = 0,023x + 3E-05 R² = 0,9996 Nồng độ (mg) 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 Abs Phương trình đường chuẩn SO2 D PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH SO42C (mg/L) 16 24 32 40 ABS 0,139 0,279 0,472 0,627 0,794 67 y = 49,876x + 0,6399 R² = 0,9991 Nồng độ (mg/L) Đường chuẩn SO4 45 40 35 30 25 20 15 10 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Abs Phương trình đường chuẩn SO4 2E PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NO3C (mg/L) 10 Mật độ quang A 0,242 0,509 0,742 0,983 1,244 Đường chuẩn Nitrate y = 8,0659x - 0,0009 R² = 0,9997 12 Nồng độ (mg/L) 10 -2 0,2 0,4 0,6 0,8 Abs Phương trình đường chuẩn NO3 68 1,2 1,4 F PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NO2y = 0,391x - 0,002 R² = 0,9997 Đường chuẩn Nitrite 1,2 Nồng độ (mg/L) 0,8 0,6 0,4 0,2 -0,2 0,5 1,5 Abs Phương trình đường chuẩn NO2 69 2,5 Phụ lục 3: Hình ảnh trình thực nghiệm MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM BỘ CHIA KHÍ 70 Mơ hình LSHNG Mơ hình LSH chứa giá thể phân bò 71 Mơ hình LSH chứa giá thể phân compost Bơm hút khí Bơm nước ổn áp 72 Lưu lượng kế Máy đo quang phổ DR5000 73 MÁY CHƯNG CẤT NITO - BUCHI 74 CÂN PHÂN TÍCH SỐ LẼ MÁY THU MẪU KHÍ 75 BỒN Ủ PHÂN HỦY RÁC TẠO KHÍ GIẢ THẢI 76 THIẾT BỊ CẤT NƯỚC HAI LẦN 77 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lâm Phạm Thanh Hiền Ngày, tháng, năm sinh: 25/8/1987 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 11/3 Tổ 10 khu phố phường An Khánh Quận 2, TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO 09/2010 – 08/2013: Kỹ sư Kỹ thuật hóa học Đại học Cơng Nghiệp TPHCM 09/2016 – nay: Học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC 07/2011 – nay: Cơng tác Phịng Thí Nghiệm Khoa Mơi Trường Tài Nguyên – ĐH Bách Khoa –ĐHGQ TPHCM ... NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xử lý khí gây mùi có nguồn gốc từ rác thải sinh hoạt (H2S NH3) phương pháp sinh học hai mơ hình lọc sinh học mơ hình lọc sinh học nhỏ giọt... chưng cất - Mùi sinh từ hệ thống xử lý nước thải bay lên men sinh học khu vực bể: thu gom, điều hòa, tách dầu mỡ, lắng, xử lý kỵ khí, xử lý hiếu khí xử lý bùn Thành phần khí nhiễm gây mùi thường... SINH HỌC Xử lý khí thải phương pháp sinh học phương pháp mang lại nhiều hiệu Các phương pháp sinh học bao gồm lọc sinh học, tháp rửa sinh học, màng sinh học, lọc sinh học nhỏ giọt áp dụng với