Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling Nghiên cứu xử lý khí thải chứa hơi phenol bằng phương pháp lọc Biotrickling
ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP.HCM ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN THÀNH PHĨ HỎ CHÍ MINH BAO CAO NGHIEM THU DE TAI NGHIEN CUU KHOA HOC CAP TRUONG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ KHÍ THÁI CHỨA HƠI PHENOL BẰNG PHƯƠNG PHÁP LỌC BIOTRICKLING Mã số: T2012-32 Họ tên chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Lý Sỹ Phú ĐH KHOA HỌC TỰ NHIÊN THƯ VIỆN 001383 eT oe Tp Hồ Chí Minh, năm 2013 Nguyễn Lý Sỹ Phú | 2013 Chương I: GIỚI THIỆU 11 Tổng quan phenol 1.1.1 Tính chất vật lý — hóa học 25?” a Tinh chat vat lý Phenol loại hợp chất hữu mà phân tử có chứa nhóm hydroxyl (-OH) liên kết trực tiếp vào nhân benzene (nhân thơm) Phenol đơn giản CạHạO Cịn có tên gọi là: hydroxyl benzene, acid phenilic, acid i carbolic - ` Cong thirc phan tử CạH;OH NA - - Phân tử lượng: 94.11 - _ Tỉnh thể màu trắng, không màu, chuyển hồng đỏ tiếp xúc với khơng khí ánh sáng, chảy rữa hấp thụ nước (tạo thành hydrate) -_ Nhiệt độ sôi: 141.5°C - Phenol tan hau hết dung mơi hữu độ hịa tan giới hạn dung môi hữu chất béo Mặc dù phenol có khả tạo liên kết hydro với nước phenol tan nước lạnh (9.5g/100g nước lạnh), gốc phenyl (C¿H; - ) lớn nên ky nước Tuy nhiên, phenol tan vô hạn nước nóng > we b Tinh chat hóa học Tinh axit Phenol có tính axit có hiệu ứng cộng hưởng xảy phân tử Vì vậy, khác với rượu, phenol cịn có thê tác dụng với bazơ mạnh: CạH;OH + NaOH > C¿H;ONa + HạO (Natri phenolat) Tuy nhiên, tính axit phenol yếu K,=10”” nên khơng làm đổi màu quỳ tím Vì vay, mudi phenolat bi axit cacbonic tac dung tao lai phenol: C.HsONa + CO, Dé tai nghién ctru khoa hoc + H,O > CsH;OH + NaHCO; Nguyễn Lý Sỹ Phú | 2013 Phản ứng dùng để tái tạo phenol cơng nghiệp Tinh chất rượu Phenol tác dụng với Na rượu khác với rượu, muối phenolat không bị nước phân hủy: C;H;ONa + H;O > C;H;OH + NaOH C¿HzƠNa + H;O > không phản ứng Phenol tạo este rượu khác với rượu có thé tac dụng trực tiếp với axit, phenol tác dụng với clorua axit anhidric axit tạo este: CạH;OH + CH:COCI > CH:COOC,H; + HCI CạH;OH + (CH:CO);O >3 CH;COOC,H; + CH;COOH Tính chất nhân thơm Phenol phản ứng với dung dịch brom tạo kết tủa vàng Phenol phản ứng với HNO; tạo kết tủa trắng 1.1.2 Sản xuất phenol - Trong tự nhiên, phenol thu từ nhựa than da (coal oxidation) hoac cách oxi hóa khong hoan toan benzene, bang qua trinh Cumene hay qua trinh Raching 1.1.3 Một số ứng dung cia phenol Bác sĩ Joseph LIster người tiên phong việc sử dụng phenol khử trùng phẫu thuật, việc tiếp xúc phenol thời gian lâu dài gây nên tượng phơng da, đặc tính khử trùng phenol dẫn đến việc thay phương pháp khử trùng khác phẫu thuật Đây thành phần chất khử trùng TCP thương mại hóa Phenol dùng để điều chế nhiều dược phẩm asprrin làm giảm đau, hạ nhiệt, phòng chữa huyết khối; acid salicilic thuốc giảm đau, hạ nhiệt, chống viêm), metyl salicilate (dầu nóng, làm giảm dau chứng viêm thấp khớp, đau cơ) Phenol sử dụng để điều chế phẩm nhuộm, chất dẻo (nhựa bakelite hỗn hợp phenol- formandehyde ), tơ tổng hợp (nylon-6,6 ), thuốc diệt cỏ chất kích thích tố thực vật (2.,4-D, muối Đề tài nghiên cứu khoa học natri acid 2,4- dichlophenonoxiacetic, 2,4-CjC¿H:O2 Nguyễn Lý Sỹ Phú | 2013 CH;COONa ), thuốc nỗ (acid picric), thuốc diệt nắm mốc (ortho- para-nitrophenol, o- p-OzN-C¿HOH ) Phenol dùng trực tiếp làm chất sát trùng, tây ué (nhu phenol cho vào hồ tinh bột làm keo dán giấy để bảo quản hồ tỉnh bột lâu hư, nhờ tinh sat trung cua phenol) 1.1.4 Nguén phat thai phenol Phenol có nhiều ứng dụng công nghiệp đời sống Tuy nhiên, sử dụng không cách, không đảm bảo an tồn lao động, khơng có biện pháp bảo vệ môi trường, hạn chế phát tán phenol môi trường gây tác động xấu đến môi trường người, đặc biệt người lao động Người lao động tham gia vào việc sản xuất phenol trình cumene, sản xuất phenol từ chlorobenzene có nguy nhiễm độc phenol cao Phenol thải vào khơng khí chế biến loại nhựa phenolic, sản xuất dẫn xuất phenol phenol, sản xuất caprolactam, sản xuất coca cola vật liệu cách điện Hơi phenol cịn có thê phát thải từ xưởng đúc sắt, thép q trình khí hóa than, nhà máy liquefication, nhà máy bakelitre, sợi tổng hợp len thủy tinh Trong trình ướp xác, nồng độ cao phenol sử dụng gây phơi nhiễm phenol, có khả gây ngộ độc 1.1.5 Tác động đến môi trường sức khỏe cộng đồng Phenol tiếp xúc với thể người thơng qua tuyến tiếp xúc, hít thở, tiêu hóa Sau uống phenol tạo đau rát tốn thương hoại tử trắng miệng thực quản dày, nôn mửa tiêu chảy máu Sau tiếp xúc với da, đau theo sau tê đa trở nên chân Các tác dụng lâm sàng phenol độc lập tuyến đường tiếp xúc, chúng bao gồm: nhức đầu, chóng mặt, hạ huyết áp, loạn nhịp tâm thất, thở nông, xanh tím, xanh xao, kích thích co giật có thé xay ban dau, cách nhanh chóng theo sau bắt tỉnh Nhiệt độ thể tăng nhẹ phù phổi xảy Nhiều nghiên cứu cho thấy, phenol gây nên methemoglobin thiếu máu tan huyết Các tác động quan trọng nghiên cứu động vật ngăn hạn độc thần kinh, gan tốn thương thận hiệu ứng đường hô hấp Nếu phát tán phenol với nồng độ cao lâu dài gây tử vong suy thoái hệ sinh thái Đề tài nghiên cứu khoa học Nguyễn Lý Sỹ Phú | 2013 Do ảnh hưởng xấu đến môi trường sức khỏe cộng đồng, nhiều nơi Thế Giới quy định tiêu chuẩn phát thải phenol, đặc biệt phenol vào khơng khí: Bảng 1.1: Giới hạn phơi nhiễm phenol khí thải cơng nghiệp số quốc § ia’?! Quốc gia/ Mô tả Giá trị Tổ chức Australia Ngày có hiệu lực Ngưỡng giới hạn 19 mg/m” 1983 Nồng độ tối đa nơi làm việc 19 mg/m* 1985 Giới hạn phơi nhiễm tức thời (5 phút) 38 mg/m? 1985 Nong độ tối đa cho phép mg/mÌ 1978 Giới hạn phơi nhiễm tức thời (30 phút) 10 mg/mÏ 1978 Japan Nồng độ tối đa cho phép 19 mg/m* 1981 Sweeden Giới hạn cao mg/m? 1985 Giới hạn phơi nhiễm tức thời (15 phút) mg/mỶ 1985 USA (OSHA) Cấp phơi nhiễm chấp nhận 19 mg/m` 1974 USA (ACGIH) Ngưỡng giới hạn 19 mg/m? 1984 Giới hạn phơi nhiễm tức thời 38 mg/m? 1984 Giới hạn cao 0.3 mg/m` 1977 Germany Hungary USSR Cũng theo QCVN 20: 2009/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải cơng nghiệp số chất hữu co), nồng độ tối đa cho phép sở phát thải phenol vào khơng khí 19 mg/NmỶ Luận văn nghiên cứu dựa theo quy chuẩn để đánh giá chất lượng khí thải sau xử lý 12 Tổng quan phương pháp xử lý phenol khí thải 12.1 Đơ” Được áp dụng nồng độ chất ô nhiễm lớn, phù hợp với trình cháy, đặc biệt chất nhiễm gây mui va cdc hop chat hitu co bay hoi (VOCs), dé cé phenol Các chất khí tác dụng nhiệt độ phản ứng với oxi, trình oxi hóa xảy Sản phẩm tạo thành cua trinh la CO), H,O sỐ hợp chất khác mùi nhiễm Tuy nhiên, q trình địi hỏi tiêu tơn nhiều lượng, nhiên liệu, chi phí Đê tài nghiên cứu khoa học Nguyễn Lý Sỹ Phú | 2013 đầu tư thiết bị vận hành tương đối lớn Hơn nữa, khí thải đầu vào có chứa hợp chất clo, nito, lưu huỳnh, cháy khơng hồn toàn sinh hợp chất gây độc cho môi trường sức khỏe người 1.2.2 Hap phụ than hoạt tính? Hơi phenol khí thải dễ dàng hấp phụ than hoạt tính Sau thời gian xử lý, than hoạt tính tái sinh nước bão hịa, khơng khí nóng Tuy nhiên thời gian hấp phụ than hoạt tính tương đối ngắn, trình giải hấp xử lý phần khí thải sau giải hấp nhiều thời gian chi phí cao Đây phương pháp chuyên dạng chất ô nhiễm chưa giải triệt dé 1.2.3 Hấp phụ than hoạt tính - xúc tác”! Nhằm hạn chế nhược điểm khó hồn ngun than hoạt tính, than hoạt tính — xúc tác đời cách tắm vài phần trăm kim loại chuyển tiếp Loại vật liệu có khả hấp phụ tốt phenol hợp chất hữu bay khác Ưu điểm thiết bị khả oxi hóa trực tiếp phenol bề mặt than hoạt tính, chuyển phenol CO), H;O hợp chất đơn giản, độc tính khác, có khả hồn ngun đơn giản băng khơng khí nóng Tuy nhiên, cần trì lượng âm định bề mặt vật liệu 1.3 Tổng quan phương pháp lọc sinh học [10] 1.3.1 Lich sw nghién cwu: Phương pháp xử lý sinh học sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp dé giảm thiểu ô nhiễm suốt kỷ 20 Tuy nhiên thời gian gần lọc sinh học chấp nhận Hoa Kỳ giải pháp hữu hiệu cho xử lý khí thải Những loại khí thải có mùi đặc trưng sở xử lý nước thải khơng kiểm sốt Trước chấp nhận Hoa Kỳ, biofilters đạt nhiều thành công châu Âu, đặc biệt Hà Lan, giải pháp xử lý hữu hiệu loạt vấn đề phát thải khí Trong thực tế, thiết bị biofilters có từ hàng trăm năm trước để giảm thiểu mùi từ hồ xí ngồi trời; sáng chế Mỹ cấp vào nam 1957 Tuy nhiên, hệ thống đầu thường sử dụng vật liệu đất xốp phần vật liệu đệm, hệ thống đường ống sử dụng cho luồng khí qua Đề tài nghiên cứu khoa học Nguyễn Lý Sỹ Phú ` 2013 tầng Những nỗ lực tương đối hiệu quả, dễ bị hỏng sau thời gian hoạt động, vật liệu đệm bị nén, tác dụng dịng khí hình thành nên rãnh nhỏ, làm cho phân phối khí lớp vật liệu đệm Hệ thống lọc sinh học trước thường thiết kế để xử lý mùi hệ thống xử lý nước thải, nhà máy tái chế, trình ủ phân compost Sau đó, ứng dụng phổ biến việc xử lý hợp chất hữu dễ bay hợp chất hữu khác 1.3.2 Lý thuyết trình lọc sinh học: "” a Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị Một thiết bị lọc sinh học đơn giản bao gồm: thân thiết bị, lớp đệm, dung dịch dinh dưỡng nước bể dùng để lăng dung dịch tưới Ngoài cịn có thiết bị khác kèm bom, pet phun, thiết bị cấp khí thu khí, thiết bị thu cặn bề lắng Nguyên lý hoạt động: Thiết bị biofilter thông thường gồm lớp đệm đặt cột lọc; số loại vật liệu lọc sử dụng phân compost than bùn, dăm bào, mùn cưa, bã mía Khí thải dẫn qua lớp vật liệu lọc Nước xỊt/nhỏ giọt định vị bên đệm lên bề mặt đệm nhằm cung cấp độ âm cần thiết để khơng cho đệm khơ, kiểm sốt độ pH cung cấp chất dinh dưỡng bồ sung e _ Pha lỏng sau qua lớp vật liệu đệm vào bề chứa để lăng chất rắn tăng cường phân hủy sinh học trước bơm trở lại e _ Dịng khí thải qua lớp vật liệu lọc diễn trình phân bố khuyếch tán vào màng sinh học Đây nơi phân tử khí tiếp xúc với vi sinh vật bị phân hủy 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 Quá trình sinh học xi hóa nhờ vi sinh vật, viết sau: Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi —> CO;+ H;O + nhiệt + sinh khối Đề tài nghiên cứu khoa học Neguyén Ly S¥ Phu b ẫ 2013 Vật liệu đệm Việc lựa chọn vật liệu đệm rắn cho hệ thống biofiltration định quan trọng thiết kế hệ thống xử lý Tất giá thể đệm hỗ trợ tốt cho lọc sinh học thường có số đặc tính phổ biến Chúng bao gồm khả hỗ trợ tăng trưởng vi khuẩn bề mặt hạt Vật liệu có bề mặt thơ ráp, độ xốp hạt đáng kể, khơng có tính chất ức chế vi khuẩn Trạng thái lý tưởng giúp chúng bền vững, chống lại phá hủy nén Sự phá hủy nén chặt lớp vật liệu đệm dẫn đến nhiều vấn đề lúc hoạt động đòi hỏi vật liệu đệm phải thay thường xun hơn, chi phí tăng Mơi trường phải có khả giữ nước: thơng thường từ 40% đến 70% cho vật liệu đệm có hoạt tính sinh học từ 30% đến 60% vật liệu trơ Trừ biofilter thiết kế đặc biệt, vật liệu đệm nên có độ pH từ đến lý tưởng loại vật liệu có tính đệm Chi phí vận hành vật liệu đệm liên quan mật thiết đến tuổi thọ nó, thiết kế vận hành cần lưu ý đến vấn đề Tuôi thọ loại vật liệu đệm khác khác Đối với vật liệu đệm có tuổi thọ ngắn cần phải thay thưởng xuyên, dẫn đến chi phí vận hành, bảo dưỡng thiết bị cao Vật liệu đệm sử dụng thiết bị biofilter loại vật liệu tự nhiên có số lợi rõ ràng: Nó có nhiều giá trị dinh dưỡng (N P) để hỗ trợ vi sinh vật phát triển khơng phải bổ sung liên tục nguồn dinh dưỡng này, phí tương đối thấp dễ tìm, khả giữ âm tốt tạo điều kiện tốt cho vi sinh vật sống phát triển Hơn nữa, than vật liệu đệm tự nhiên có chứa số loại vi sinh vật định, qua q trình thích Ran? nghi, “chọn lọc tự nhiên” giúp giữ lại, làm giàu loại vi sinh vat cần thiết cho nhu cầu xử lý thiết bị, đo có khơng việc cấy vi sinh vật vào thiết bị Khi lọc sinh học thiết kế cho ứng dụng cụ thể, cần đánh giá tinh chat vật lý, hóa học hóa chất để lựa chọn loại vật liệu đệm phù hợp a Vi sinh vat Mặc dù có nhiều cân nhắc kỹ thuật phải biết thiét ké mot théng biofiltration, yếu tô cần nhớ thiết kế cho hệ thống vô nghĩa khơng có vi khuẩn hoạt động Những tiền đề biofiltration thơng thường hóa Đề tài nghiên cứu khoa học i Nguyễn Lý Sỹ Phú | = 2013 chất di qua lớp đệm biofilter chuyển từ pha khí sang pha lỏng bao quanh chất mang vật liệu răn Giai đoạn pha lỏng màng sinh học, nơi vi sinh vật phân hủy hợp chất hóa học cần thiết Hai yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến khả _ phân tán chất ô nhiễm từ pha khí vào pha lỏng khả hịa tan tỷ lệ trao đổi vi sinh vật màng sinh học Sự phân hủy chất khí ô nhiễm xảy pha lỏng, đó, trình lọc sinh học cần trì yếu tố cần thiết cho phát triển vi sinh vật lớp màng Thông thường biofilter hoạt động pH trung tính — Tuy nhiên, số ứng dụng đòi hỏi pH hệ thống phải thấp (pH khoảng 2), loài Thiobacillus để oxi hóa hợp chất sulfua hydro phân hủy hợp chất có chứa lưu huỳnh Tại pH trung tính, nhiều lồi vi sinh vật hoạt động hệ thống biofilter xác định Pseudomonas, Alcaligenes, Xanthomonas nhiều loài vi sinh vật khác Mặc dù vị sinh vật hoạt động tùy thuộc vào thành phần khí khí thải đưa vào hệ thống nhiều trường hợp, hệ thống tồn lúc nhiều loài vi sinh vật, phân giải chất hay nhiều chất — ˆ 13.3 Úng dụng Lọc sinh lọc sử dụng để làm giảm bớt hợp chất hữu dễ bay hơi, làm dịu hợp chất gây mùi kết hợp với công nghệ xử lý khác Với thay đổi gần Mỹ tiêu chuẩn khơng khí, gia tăng áp lực đặt lên ngành công nghiệp việc phát thải hóa chất vào khơng khí Lọc sinh học ngày lựa chọn để sử dụng cách phổ biến để xử lý khí thải chi phí vận hành thấp chi phí đầu tư thấp so với công nghệ khác Bang 1.2: Danh mục ngành công nghiêp ứng dụng lọc sinh học đề kiểm sốt nhiễm khơng khí: Chăn ni thú quy mơ lớn Sơn quy mơ lớn Ơ tơ Cơng nghiệp hóa dầu Sản xuất hóa chất Dầu khí Khí hóa than Sản xuất nhựa Đề tài nghiên cứu khoa học Nguyễn Lý Sỹ Phú L_ 2013 San xuat phan compost In an San xuat ethanol Giấy bột giấy Chế biến thực pham Rendering Fragrance Công nghệ bán dẫn Đúc sắt Nhà máy xử lý nước thải Khí phát sinh từ bãi chôn lấp Sản xuất đồ gỗ 1.3.5 Ưu nhược điểm hệ thống lọc biotrickling: * Ưu điểm e Giá thành thấp chi phí vận hành thấp, sử dụng hóa chất e Thiết kế linh động thích nghỉ với loại hình cơng nghiệp diện tích xí nghiệp e 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 e Vật liệu đệm sử dụng vật liệu nhân tạo có độ bền học, hóa học cao điều cho phép hoạt động lâu dai va dé trì thơng số hoạt động thích hợp * Khuyết điểm e Hệ thống lọc sinh học không xử lý hiệu chất ô nhiễm có khả hấp phụ thấp tốc độ phân hủy sinh học chậm ví dụ hợp chất hữu bay có chứa chlor e Các nguồn nhiễm có nồng độ cao cần hệ thống lớn diện tích lớn để lắp đặt hệ thống lọc sinh học e Nguồn gây nhiễm có mức độ phát thải chất ô nhiễm biến động cao gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật hiệu suất xử lý chúng e Thời gian vi sinh vật thích nghi với mơi trường tạo thành màng sinh học (biofilm) kéo đài hàng tuần đến hàng tháng, đặc biệt việc xử lý chất hữu bay Đề tài nghiên cứu khoa học ... gia khí thải cơng nghiệp số chất hữu co), nồng độ tối đa cho phép sở phát thải phenol vào khơng khí 19 mg/NmỶ Luận văn nghiên cứu dựa theo quy chuẩn để đánh giá chất lượng khí thải sau xử lý 12... suốt kỷ 20 Tuy nhiên thời gian gần lọc sinh học chấp nhận Hoa Kỳ giải pháp hữu hiệu cho xử lý khí thải Những loại khí thải có mùi đặc trưng sở xử lý nước thải khơng kiểm sốt Trước chấp nhận... lượng dịng khí khoảng L/phút, nồng độ phenol khí kiểm soát 50 ppm 2.4 Lấy mẫu phương pháp phân tích 2.4.1 Phương pháp phân tích mẫu khí: e Nguyên (ắc Phenol khí thải sau hấp thu vào dung dịch dung