Lọc sinh học là gi?

[Nguyễn Thu Hiền]

Lọc sinh học là gì?

Lọc sinh học (biofiltration) là một công nghệ điều khiển sự ô nhiễm mới. Nó bao gồm sự loại bỏ và ô xi hóa những hợp chất khí bị nhiễm bẩn nhờ vi sinh vật.

Lọc sinh học được thiết lập rất tốt trong công nghệ điều khiển ô nhiễm ở Đức và Hà Lan và nó cũng thu hút được sự quan tâm ở Bắc Mỹ.

Lọc sinh học có thể xử lý những phân tử khí hữu cơ- những hợp chất hữu cơ bay hơi ( Volatile Organic Compound- VOC's) hoặc các hợp chất cacbon, hay những chất khí độc vô cơ- amoniac hay H2S.

1. Nguyên lý.

Lọc sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy những hợp chất hữu cơ ( hoặc biến đổi những hợp chất vô cơ) thành cac-bon-nic, nước và muối. Khi hệ thống lọc sinh học được lắp đặt, vi sinh vật đã có sẵn trong nguyên liệu mà ở đó nó được sử dụng như một lớp lọc. TRong các phòng thí nghiệm, với mục đích tăng cường tốc độ phân hủy, vi sinh vật được cân nhắc đến đầu tiên là hiệu quả của chúng trong việc phân hủy của nguyên liệu được nghiên cứu.

Nguyên liệu lọc thường là than bùn, đất, phân compốt hay cây thạch nam, tuy nhiên bột cacbon đã được hoạt hóa và polysterene cũng có thể được sử dụng. Sự lựa chọn nguyên liệu lọc là vô cùng quan trọng bởi vì nó phải cung cấp cho vi sinh vật dinh dưỡng, sự phát triển về mặt sinh học, và có dung tích hấp thụ tốt.

Quá trình sinh học là một sự ô xi hóa nhờ vi sinh vật, và có thể được viết như sau:

Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi -> CO2+ H2O + nhiệt + sinh khối

Vi sinh vật sống trong lớp màng sinh học ẩm , mỏng, nơi được bao bọc xung quanh các phần tử của nguyên liệu lọc. Khí bẩn được khuyếch tán trong hệ thống lọc và được hấp thụ bên trên màng sinh học. Thực tế đây là vị trí mà quá trình ô xi hóa được thực hiện. Các chất bẩn không được luân chuyể cố định đến nguyên liệu lọc.

2. Mô hình cơ bản.

Thành phần cơ bản của một hệ thống lọc sinh học la lớp lọc và một hệ thống ống để đẩy khí đi qua hệ thống lọc sinh học. Một hệ thống lọc sinh học chứa đựng một hoặc nhiều hơn một lớp lọc điển hình cao 1m. Nó có tác dụng làm ẩm khí trước khi đi vào hệ thống lọc sinhhọc , bởi vì các dòng khí liên tục bên bên ngoài lớp lọc luôn rất khô. Một vài thông số phải được duy trì trong quá trình hệ thống lọc sinh học đang vận hành.

Độ ẩm: Độ ẩm là yếu tố thiết yếu cho hệ thống lọc sinh học làm việc hiệu quả nhất . Vi sinh vật cần một môi trường ẩm. Từ việc nguyên liệu lọc có khuynh hướng khô đi bởi dòng khí, do đó hệ thống lọc sinh học phải có một trạng thái ổn định để làm ẩm khí trước khi đi vào nguyên liệu lọc.

Temperature:Vi sinh vật hoạt đồng tốt nhất giữa 30 và 40 độ C. Ở một khía cạnh nào đó nó có thể có ích cho một hiệu quả tốt hơn bao gồm những phương pháp cho sự điều khiển bậc nhiệt độ.

Mức Oxy: Từ việc phần lớn sự phân hủy là hiếu khí, bậc ô xy là vô cùng quan trọng trong một quá trình lọc sinh học. Trên thực tế, Ô xy không được sử dụng trực tiếp ở dạng khí, nhưng vi sinh vật sử dụng ô xy có mặt ở dạng hòa tan trong màng sinh học. Trong một số trường hợp của chất gây ô nhiễm nhất định, ô xy nên được thêm vào.

pH: pH nơi mà vi sinh vật có thể hoạt động hiệu quả nhất là khoảng 7. Vì vậy pH của khí bẩn phải được duy trì xung quanh giá trị này.


http://cwis.usc.edu/dept/civil_eng/biofiters/biofil.html
Translator: bluespring
English title: What is Biofiltration?

 

[Trần Hoàng Dũng]

Thế nếu tớ dùng tảo để làm cái biofil này có đựoc không?

Oxygen Level mà cậu dịch là bậc oxy à, bậc oxy tương đương khái niệm bậc oxy hóa khử; còn oxygen level chỉ là hàm lượng oxy hòa tan thôi.

 

[shortgun]

Thế cậu định dùng lọai tảo nào?

 

[Trần Hoàng Dũng]

thì tớ kô biết nên mới hỏi; đầu tiên tớ hỏi là yes or no; khi yes mới hỏi WHAT chứ! nếu NO thì hỏi WHY.

 

[Nguyễn Thu Hiền]

To lonxon: Cảm ơn lonxon đã nhắc nhở nhé. Tớ đã thay nó bằng " Mức " có lẽ hợp lý hơn đúng không?
Trong Biofiltration hiện nay người ta sử dụng hai loại vật liệu lọc chia thành loại tự nhiên và loài nhân tạo. Loại vật liệu tự nhiên như đất, phân compốt, than bùn... thì trong quá trinh vận hành người ta không cần cung cấp dinh dưỡng cho VSV. Loại tổng hợp như thủy tinh, len.. thì trong quá trình lọc người ta cần cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động. Biofiltration bắt đầu có từ những năm 1920, hiện tại thì nó được sử dụng rất rộng rãi và hiệu quả trên rất nhiều loại nguyên liệu khác nhau và xử lý nhiều loài chất ô nhiễm khác nhau. Tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào làm với nguyên liệu lọc là tảo cả. Về mặt lý thuyết có thể là được. tuy nhiên trược khi sử dụng bất cứ một loại vật liệu nào đó người ta sẽ phải tính đến 3 yếu tố như bài báo trên đã viết ấy: dinh dưỡng, môi trường và dung tích absorp để vi sinh vật có thể hạot động tốt nhất và đạt hiệu quả cao nhất.

có lẽ sử dụng Tảo để làm vật liệu lọc cũng là ý tưởng độc đáo ấy chứ nhỉ? hiện tại tớ đang làm trên vật liệu mix giữa gỗ và đất, đến giai đoạn viết luận văn rồi . Sao loxon không thử nhỉ? Biết đâu sẽ có một hướng đi mới mẻ trong lĩnh vực này nhỉ?

Trên thế giới người ta làm rất nhiều về cái này rồi, nhưng ở nước mình thì mới chỉ bắt đầu thôi. Thế nên rất cần sự quan tâm và tìm tòi của mọi người mà.

Thân.

 

[Trần Hoàng Dũng]

bạn thử tìm xem, coi tảo đã được sử dụng chưa. Đừng nói đến VN mà nói trên TG kia.

 

[Ngô Vũ]

Cảm ơn Bluespring đã đăng một bài rất thực tiển. Cho mình hỏi 2 câu:
Thế trong việc xây dựng hệ thống lọc như trên, người ta có chọn một dòng VSV đặc hiệu nào cho một lọai chất thải nhất định nào, hay VSV trong một màng lọc là tổng hợp của rất nhiều dòng vsv khác nhau. Đây là sự cân nhắc giữa tính kinh tế và mức hiệu quả của hệ thống lọc?

Câu thứ 2: nếu bạn không ngại bật mí luận văn đang viết của bạn, thế lý do của việc chọn vật liệu là hổn hợp giữa gỗ và đất là gì? Tính ưu việt của hệ thống này so với những hệ thống khác đã được làm hơn 80 năm qua nằm ở điểm nào?

Rất cảm ơn trã lời của bạn.

To anh lonxon:
thôi anh đừng đánh đố nữa. Chắc chắn là anh biết câu hỏi của anh. Nếu bổ sung vô cho bài của anh Bluespring thì hay biết mấy. Chứ anh bắt anh ấy đi tìm tòi nữa thì anh ấy không kịp ra trường với bài luận văn dở dang đâu

 

[Trần Hoàng Dũng]

kô, tớ chẳng biết gì cả, đơn giản khi học và làm việc, có 1 câu hỏi thành nguyên tắc Khi anh làm việc với đối tượng A thì liệu đối tựơng B có thể dùng được không. thế nên nếu trong biofil đã dùng VSV thì có thể dùng tảo được hay không? Đã là 1 Master thì chuyện này là phải biết.

 

[Nguyễn Thu Hiền]

To Tuchau: Cảm ơn thiện chí của tuchau rất nhiều. Bây giờ mình xin trả lời câu hỏi của tuchau

Thế trong việc xây dựng hệ thống lọc như trên, người ta có chọn một dòng VSV đặc hiệu nào cho một lọai chất thải nhất định nào, hay VSV trong một màng lọc là tổng hợp của rất nhiều dòng vsv khác nhau. Đây là sự cân nhắc giữa tính kinh tế và mức hiệu quả của hệ thống lọc?

Thường thì người ta sử dụng chủng mix, nghĩa là nó sẽ không đơn thuần là một chủng đơn nào cả, và người ta đã chứng minh được rẳng ưu thế của việc sử dụng chủng mix. Ví dụ như trong đề tài của mình mình cũng đang dùng chủng mix, nó gồm ba chủng nhỏ hơn, và trong ba chủng nhỏ ấy lại có rất nhiều các VSV khác. Việc chọn chủng và tìm được một chủng rất phức tạp, nhất là trong việc ứng dụng để xử lý môi trường thế này. Ban đầu, người ta sẽ tiến hành làm in situ and ex situ, nghĩa là xử lý tại chỗ hoặc là không. Tiếp đó sẽ tiến hành thiết lập các reactor trong phòng thí nghiệm, trong bước này chúng ta sẽ phải tiến hành rất nhiều bước để có thể tìm ra được chủng và các điều kiện tốt nhất (optimum).Bước tiếp theo sẽ là trên pilot và cuối cùng mới làm trên quy mô công nghiệp. Tất nhiên mỗi một loại chất thải, hay chất ô nhiễm thì sẽ xử dụng những chủng thích hợp riêng.

nếu bạn không ngại bật mí luận văn đang viết của bạn, thế lý do của việc chọn vật liệu là hổn hợp giữa gỗ và đất là gì? Tính ưu việt của hệ thống này so với những hệ thống khác đã được làm hơn 80 năm qua nằm ở điểm nào?

Thực ra bây giờ mục đích của mình không phải là về việc lựa chọn nguyên vật liệu nữa. Mà cái luận văn mình đang quan tâm là tìm những điều kiện tốt nhất để hệ thống lọc sinh học có thể đạt hiệu quả cao nhất. Còn tại sao mình chọn nguyên liệu mix thì nó đã được chứng minh là cho hiệu quả tốt nhất trong việc xử lý chất độc trong xăng dầu, và cung cấp những điều kiện tốt nhất cho chủng VSV mình làm hoạt động được tốt nhất. Ở đây, có lẽ tuchau đừng hiểu là nó ưu việt nhất so với các hệ thống lọc khác, bởi phụ thuộc vào mục đích chất thải, tùy thuộc vào chủng mà ta sẽ chọn nguyên liệu tối ưu nhất.

Tuchau có thắc mắc gì cứ trao đổi nhé. Rất vui được thảo luận cùng tuchau.

To lonxon:

bạn thử tìm xem, coi tảo đã được sử dụng chưa. Đừng nói đến VN mà nói trên TG kia.

Thế lonxon có biết là muốn tiến hành hệ thống lọc kiểu như thế này thì rất tốn kém không?
Thì mình đang tìm và trả lời bạn theo những tài liệu ở trên thế giới đấy chứ không phải ở VN đâu.

kô, tớ chẳng biết gì cả, đơn giản khi học và làm việc, có 1 câu hỏi thành nguyên tắc Khi anh làm việc với đối tượng A thì liệu đối tựơng B có thể dùng được không. thế nên nếu trong biofil đã dùng VSV thì có thể dùng tảo được hay không? Đã là 1 Master thì chuyện này là phải biết.

Với câu hỏi này , thành thực nhé, bạn hoàn toàn chẳng hiểu gì về vấn đề cả. Mà mình cũng đã trả lời bạn rồi đúng không? Có lẽ lonxon nên tìm hiểu kỹ thêm nhỉ? Cái gì không biết thì phải học hỏi đúng không nào? Giống như casper đã nói về loxon ấy, không sau đâu. Có lẽ lonxon nên thiện chí hơn được không nào? Mìn sẵn sàng trả lời câu hỏi của bạn.

Thân.

 

[Trần Hoàng Dũng]

to cha biet casper caspeo gi o day ca.

- Tao co dung duoc trong biofil hay khong? Yes hay No la du. Neu duoc thi tai sao no duoc ma ko duoc thi tai sao no ko duoc.?

Nen nho ban dang post cai bai Biofil nay len va ban dang lam ve van de nay; to chang biet gi nen to moi hoi, chu neu to biet roi thi to cha hoi lam gi. Ban dang di hoc tan HALAN, co bao gio ban nghe Prof cua ban hoi nhung cau hoi chua, chac chan la co, ngo nho ong i hoi ban nhung cau hoi ma theo ban la NGO NGAN thi ban co dam noi ong i ko hieu van de ko?

Va cuoi cung: the nao la thien chi ha ban, thien chi la phai nho nhe, kinh bam thua trinh a?

 

[shortgun]

To bluespring: theo tôi nghĩ bạn phải hạn chế tối đa sự phát triển của VSV trên màng lọc đúng không ?

To lonxon: thông thường tảo dùng CO2 làm nguồn carbon chính, việc tảo có khả năng take up những nguồn carbon thông thường như glucose hay acetate để giải quyết vấn đề giới hạn về ánh sáng vẫn đang ở giai đọan nghiên cứu. Chưa nói gì đến các nguồn carbon khác. Bạn có lý do dẫn chứng gì đặc biệt để củng cố ý tưởng của bạn ?

 

[Nguyễn Thu Hiền]

To lonxon: Câu hỏi của lonxon gửi cho tớ, thực ra tớ đã bảo là tớ trả lời bạn rồi mà. Sao lonxon không chịu đọc kỹ nhỉ. Tớ sẽ coppy lại cho lonxon vậy.

Tao co dung duoc trong biofil hay khong? Yes hay No la du. Neu duoc thi tai sao no duoc ma ko duoc thi tai sao no ko duoc.?

Về mặt lý thuyết có thể là được. Tuy nhiên trước khi sử dụng bất cứ một loại vật liệu nào đó người ta sẽ phải tính đến 3 yếu tố như bài báo trên đã viết ấy: dinh dưỡng, môi trường và dung tích absorp để vi sinh vật có thể hạot động tốt nhất và đạt hiệu quả cao nhất.

Ok. Tại sao bạn lại biết là tớ đang làm Thạc sĩ ở tận Hà Lan nhỉ? Đấy là điều tớ bảo lonxon không thiện chí đấy. Bạn hiểu ý tớ phải không? Nói thế này thì chắc các bạn khác không hiểu, nhưng tớ, có lẽ cả dontcry và casper đều hiểu và đều biết lonxon mà.Dẫu sao hoan nghênh những đóng góp và tham gia nhiệt tình của lonxon. Mong rằng lonxon sẽ trở thành thành viên tích cực nhất trong diễn đàn. Mình hợp tác được phải không?

To shortgun: Thực ra không phải là mình phải hạn chế tối đa sự phát triển của VSV trên màng lọc đâu. Ngược lại, mình cần nhiều VSV trên màng lọc, bởi như thế thì mình sẽ thu được hiệu quả tốt hơn trong sự phân hủy chất ô nhiễm mà . Bản chất của quả trình Biofiltration chính là phân hủy hay ô xi hóa các chất gây ô nhiễm thành các sản phẩm cuối cùng như cacbonic, muối và nước nhờ các VSV.Tuy nhiên,mặt khác, nếu mà nhiều quá thì sẽ dẫn đến tình trạng clogging (tắc_chính xác để dịch trong trường họp này không sát nghĩa lắm) khi thực hiện quá trình lọc trong thời gian dài. Đây là nguyên nhân chính dẫn biofiltration kém hấp dẫn đi.Vì vậy mà người ta phải tìm cách để khắc phục hay ngăn ngừa tình trạng này. Có rất nhiều cách khác nhau đã được các nhà khoa học tiến hành. Rửa hóa học, shock loading( đại loại như là thay đổi dòng vào của khí bẩn),...Và bầy giờ đề tài của mình chính là làm hoàn thiện quá trình này đấy. Nhưng bằng cách khác, có thể hoàn thiện được sự phân chia biomass đồng đều trong cả bioreactor, và ngăn ngừa được clogging.

Mà tớ phải công nhận là bạn rất nhạy bén trong việc nắm bắt vấn đề đấy, nắm ngay được điểm cốt yếu của vấn đề. Mình rất mong được thảo luận cùng bạn.

Thân

 

[shortgun]

Tớ chỉ nghĩ đơn giản là nếu để VSV phát triển nhanh thì sẽ phải thay màng lọc thường xuyên hoặc bằng cách nào đó lọai bớt VSV. Mà điều này không dễ làm đối với VSV đã được cố định trên vật liệu rắn. Về mặt lý thuyết những biện pháp mà cậu đưa ra như rửa hóa học, shock loading khá dễ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, còn quy mô lớn sẽ gặp rất nhiều khó khăn.

 

[Trần Hoàng Dũng]

Thế giới đang hạn chế xả khí Cacbonic, nhưng quy trình biofil này thực chất là quá trình cháy chậm cũng xả khí Cacbonic. Thế vậy có nghĩa là "đánh bùn sang ao" à?

ối ối cho em xin, em tích cực lắm cơ nhưng tích cực nhất là đi đánh nhau.

Chị là Hiền, khóa K43bCNSH, chị học CNSH Môi Trường Hà Lan thi đã rõ, chi la tóang cho cả thế giới đều nghe kia mà.

Hè hè, mà chị lại biết em cơ đấy, tài thật. Mà cũng dễ thôi mà, check IP là ra tuốt.Mà này, coi chừng đấy, IP này là IP động chứ ko phải tĩnh đâu.

 

[shortgun]

Thế giới đang hạn chế xả khí Cacbonic, nhưng quy trình biofil này thực chất là quá trình cháy chậm cũng xả khí Cacbonic. Thế vậy có nghĩa là "đánh bùn sang ao" à?

Không biết lonxon có nhầm lẫn không, tớ nghĩ cậu nên xem lại chu trình carbon.

 

[Trần Hoàng Dũng]

Quá trình sinh học là một sự ô xi hóa nhờ vi sinh vật, và có thể được viết như sau:

Hợp chất gây ô nhiễm + Oxi -> CO2+ H2O + nhiệt + sinh khối

Phương trình này thực chất cũng là 1 ptrình đốt cháy đấy

 

[shortgun]

Sao cậu không tiếp tục: CO2 lại được thực vật hấp thụ, sản xuất sinh khối. Sinh khối đó được tiêu thụ, sinh ra chất hữu cơ như trên, hòan thành chu trình.

 

[Nguyễn Thu Hiền]

To lonxon: mình đã bảo là lonxon nhầm mà. Đừng có tiếp tục lối tranh luận kiểu ấy được không? Mình chưa bao giờ sang Hà Lan cả, thế thì la làng cho ai biết được chứ. OK? Lonxon cũng am hiểu nhiều lĩnh vực và là người chịu khó tìm tòi. Hãy chia sẻ những gì mình biết với mọi người được kkhông?

 

[Nguyễn Thu Hiền]

to shortgun: thực ra có nhiều cách lắm, để điều chỉnh VSV ấy. Tớ cũng đã liệt kê một số rồi phải không? Tớ thử ví dụ, trong trường hợp vật liệu lọc là từ chất tổng hợp như thủy tinh, len..Nguời ta sẽ rửa hóa học, hoặc đơn giản hơn là làm trạng thái đói. Nghĩa là dừng cung cấp chất bẩn ( ở đây chất bẩn đóng vai trò như là nguồn các bon) theo định kỳ có thể là 2h, mà có thể là hai ngày tùy từng hệ thống. Sau quá trình làm đói ấy, sẽ điều chỉnh được lượng biomass. Thực tế kể cả trên quy mô thực tiễn, nghĩa là làm với quy mô lớn ấy, người ta đã rất thành công mà. Có rất nhiều phương tiện và máy móc phụ trợ cho một quy trinh khi đưa ra trong thực tế. Tớ định load một số hình ảnh về biofilter khi tớ post bài này, nhưng hiên nay trang web chưa thể thực hiên được. ĐỂ tớ nhờ dontcry nhé.

 

[Trần Hoàng Dũng]

Sao cậu không tiếp tục: CO2 lại được thực vật hấp thụ, sản xuất sinh khối. Sinh khối đó được tiêu thụ, sinh ra chất hữu cơ như trên, hòan thành chu trình.

Nếu theo cái logic này thì các nhà sinh dzật học, các nhà khoa học đâu có la lối um xùm vế cái vụ hiệu ứng nhà kính, sự nóng lên tòan cầu; nghị định thư Tokyo 2002 về việc cắt giảm sản lượng khí thải nhà kính (metan, cabonic, ..) đến nay vẫn còn nhiều quốc gia chưa ký đấy thôi và VN ta chấp nhận bán quota cái sản lượng khí nhà kính này cho Nhật Bản để đổi lấy viện trợ không hòan lại đấy thì sao?