Lọc không khí bằng lọc sinh học
Lọc sinh học là gì?
Lọc sinh học là một biện pháp xử lý ô nhiễm tương đối mới. Đây là một
phương pháp hấp dẫn để xử lý các chất khí có mùi hôi và các hợp chất hữu
cơ bay hơi có nồng độ thấp.
Hình dạng phổ biến của một hệ thống lọc sinh học giống như một cái hộp
lớn, một vài hệ thống có thể lớn bằng sân bóng rổ, một vài hệ thống có thể
nhỏ độ một yard khối (0,76 m3). Nguyên tắt chính của hệ thống xử lý là tạo
điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong khí thải. Hệ
thống lọc khí thải này là nơi chứa các nguyên liệu lọc và nơi sinh sản cho
các vi sinh vật. Trong hệ thống này, các vi sinh vật sẽ tạo thành một màng
sinh học (biofilm), đây là một màng mỏng và ẩm bao quanh các nguyên liệu
lọc. Trong quá trình lọc, khí thải được bơm chậm xuyên qua hệ thống lọc,
các chất ô nhiễm trong khí thải sẽ bị các nguyên liệu lọc hấp thụ. Các chất
khí gây ô nhiễm sẽ bị hấp phụ bởi màng sinh học, tại đây, các vi sinh vật sẽ
phân hủy chúng để tạo nên năng lượng và các sản phẩm phụ là CO2 và H2O
theo phương trình sau:
Chất hữu cơ gây ô nhiễm + O2 ---> CO2 + H2O + nhiệt + sinh khối
Lịch sử
Trong khi việc sử dụng các hệ thống lọc sinh học chưa được phổ biến ở Mỹ
thì hàng trăm hệ thống lọc sinh học đã được ứng dụng thành công và có hiệu
quả ở Châu Âu (Hà Lan, Tân Tây Lan, Đức) và Nhật Bản. Hệ thống lọc sinh
học trước đây thường được thiết kế để xử lý mùi của các hệ thống xử lý
nước thải, các nhà máy tái chế, quá trình ủ phân compost. Sau đó, nó được
ứng dụng phổ biến trong việc xử lý các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các
hợp chất hữu cơ khác.
Mô tả quá trình xử lý
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. Nguyên liệu lọc được thiết kế
sau cho có khả năng hấp thụ nước lớn, độ bền cao, và ít làm suy giảm áp lực
luồng khí đi ngang qua nó.
Hình sau đây là một bể lọc sinh học có một lớp nguyên liệu lọc (diện tích
6000 ft2) ở nhà máy Monsanto
Các đơn vị nguyên liệu lọc này gọi là "khối sinh học" (Biocube) được thiết
kế bởi EG&G Corporation có kích thước cao khoảng 7 ft và đường kính
khoảng 6 ft. Việc sử dụng nhiều lớp nguyên liệu lọc kiểu này hạn chế được
việc các nguyên liệu lọc bị dồn nén lại và việc các luồng khí xuyên thành
những đường thoát qua lớp nguyên liệu lọc. Hơn nữa, nó còn tạo sự thuận
lợi trong việc bảo trì hay thay mới 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. Hầu hết những hệ thống lọc sinh học hiện nay có công suất xử lý
mùi và các chất hữu cơ bay hơi lớn hơn 90%. Tuy nhiên, hạn chế của
phương pháp này là chỉ xử lý được những khí thải có nồng độ chất ô nhiễm
thấp (<1000ppm) và lưu lượng khí xử lý chỉ nằm trong giới hạn 300-500
ft3/ft2-giờ.
Nguyên liệu lọc
Lớp nguyên liệu lọc ẩm tạo nên điều kiện lý học và hóa học thuận lợi cho
việc chuyển đổi các chất ô nhiễm từ pha khí sang pha lỏng và quá trình phân
hủy sinh học các chất ô nhiễm này bởi màng sinh học. Cơ chế của quá trình
lọc sinh học bao gồm quá trình hấp phụ, hấp thụ và phân hủy bởi các vi sinh
vật. Các vi sinh vật trong màng sinh học liên tục hấp thụ và biến dưỡng các
chất ô nhiễm, biến chúng thành các sản phẩm cuối cùng là nước, CO2 và các
loại muối.
Nguyên liệu lọc điển hình là hỗn hợp của các chất nền ủ phân compost, đất,
cây thạch nam (heather), plastic và các phụ phẩm gỗ. Các nguyên liệu lọc
nhằm cung cấp diện tích bề mặt lớn để hấp thụ và hấp phụ các chất ô nhiễm.
Ngoài ra nó còn làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật.
Một vài loại nguyên liệu lọc không đáp ứng được về nhu cầu dưỡng chất cho
vi sinh vật, do đó chúng ta phải hiệu chỉnh bằng cách cho thêm vào các hợp
chất đạm và phospho.