HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là giải pháp bền vững trong xử lý khí độc hại như VOCs, H₂S, NH₃ tại các nhà máy thực phẩm, hóa chất và chất thải. Sử dụng biofilter, bioscrubber, vi sinh vật phân hủy khí và màng sinh học, hệ thống đảm bảo hiệu quả xử lý cao, chi phí thấp, thân thiện với môi trường.
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học là tổ hợp các công nghệ dùng vi sinh vật để phân hủy các chất gây ô nhiễm trong dòng khí thải, đặc biệt là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOCs), H₂S, NH₃.
Nguyên lý vận hành dựa vào sự phát triển của màng sinh học bám trên vật liệu đệm, nơi các vi sinh vật phân hủy khí sẽ oxy hóa các chất ô nhiễm thành CO₂, nước và các muối vô cơ.
Không giống như các hệ thống hóa lý truyền thống, giải pháp sinh học không sinh ra phụ phẩm độc hại, vận hành ổn định, tiêu tốn năng lượng và hóa chất rất thấp.
Các dòng thiết bị chính trong hệ thống này gồm: biofilter, bioscrubber, biotrickling filter – mỗi loại phù hợp với nồng độ, loại khí và đặc thù vận hành khác nhau.
Hệ thống được ứng dụng hiệu quả tại các nhà máy xử lý rác, sản xuất bột cá, giấy, phân bón, thực phẩm lên men, hóa chất, giết mổ gia súc, trạm bơm bùn, và nhiều ngành công nghiệp khác.
2.1 Cấu trúc hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học
Một hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học tiêu chuẩn bao gồm:
Buồng hút khí sơ cấp
Thu gom khí từ điểm phát thải bằng ống dẫn, có thể kết hợp cyclone lọc bụi để bảo vệ lớp màng sinh học phía sau.
Buồng phun ẩm hoặc cấp dinh dưỡng
Giữ độ ẩm lý tưởng (90–100%) cho vi sinh. Có thể bổ sung nguồn carbon hoặc vi lượng để tối ưu vi sinh vật phân hủy khí.
Biofilter – Lọc sinh học khô
Khí đi qua lớp đệm (xơ dừa, vỏ cây, đá bọt) được bao phủ bởi màng sinh học. Vi sinh vật oxy hóa khí VOCs, H₂S với hiệu suất lên tới 90–95%.
Bioscrubber – Tháp rửa sinh học
Khí được rửa bằng dung dịch giàu vi sinh, hoạt động liên tục, pH ổn định, phù hợp xử lý khí NH₃, H₂S, hiệu suất >98% nếu được kiểm soát tốt.
Biotrickling filter – Lọc sinh học nhỏ giọt
Kết hợp giữa biofilter và bioscrubber, sử dụng lớp đệm cố định có tuần hoàn dịch vi sinh. Tối ưu cho khí VOCs, nồng độ trung bình – cao.
Tủ điều khiển và SCADA
Giám sát nhiệt độ, pH, ORP, tốc độ dòng khí, độ ẩm, nồng độ đầu vào – đầu ra, giúp tối ưu xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học.
2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học
Dòng khí chứa chất ô nhiễm (chủ yếu VOCs, H₂S, NH₃) được hút vào hệ thống qua quạt và đi vào các module xử lý sinh học.
Giai đoạn đầu, khí được làm ẩm và lọc bụi. Độ ẩm cao là điều kiện bắt buộc để màng sinh học hoạt động hiệu quả.
Tiếp theo, khí đi qua lớp đệm (động hoặc tĩnh) có chứa vi sinh vật phân hủy khí. Tại đây xảy ra các phản ứng sinh học:
R-CH₃ + O₂ → CO₂ + H₂O (xúc tác bởi vi sinh)
H₂S + O₂ → SO₄²⁻ + H⁺
NH₃ + O₂ → NO₃⁻ + H⁺
Dòng khí sạch được thải ra qua ống khói. Các hệ thống được thiết kế đa cấp (2–3 tầng) để tăng thời gian lưu khí và tối ưu hiệu suất.
Mỗi loại công nghệ (biofilter, bioscrubber, biotrickling filter) sẽ có ứng dụng riêng theo nồng độ, loại khí, và chi phí đầu tư.
3.1 Thông số kỹ thuật điển hình của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học
| Hạng mục kỹ thuật | Giá trị tham chiếu |
| Lưu lượng khí xử lý | 500 – 150.000 Nm³/h |
| Hiệu suất xử lý VOCs | 70 – 95% (tùy loại và nồng độ) |
| Hiệu suất xử lý H₂S | ≥ 98% (với bioscrubber) |
| Hiệu suất xử lý NH₃ | ≥ 95% (với biotrickling filter) |
| Thời gian lưu khí | 20 – 60 giây |
| Độ ẩm tối ưu cho vi sinh hoạt động | 90 – 100% RH |
| Nhiệt độ khí vào | 18 – 45°C |
| pH lớp màng sinh học (bioscrubber) | 6.5 – 8.5 |
| ORP dung dịch vi sinh | 150 – 300 mV |
| Tổn thất áp suất qua hệ thống | 500 – 1.200 Pa |
| Tuổi thọ vật liệu lọc sinh học | 3 – 8 năm (tùy loại vật liệu) |
| Tỷ trọng vật liệu biofilter | 150 – 400 kg/m³ |
| Tốc độ dòng khí qua vật liệu đệm | 50 – 120 m³/h/m² |
| Suất tiêu hao năng lượng | 0.6 – 1.5 kWh/1.000 Nm³ |
3.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn áp dụng
Để đảm bảo hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học vận hành ổn định, cần tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế sau:
Tiêu chuẩn thiết kế và hiệu suất:
EN 13725 – Đo nồng độ mùi bằng phương pháp cảm quan động
VDI 3477 – Hướng dẫn thiết kế biofilter xử lý mùi
VDI 4250 – Thiết kế và kiểm định bioscrubber cho VOCs và H₂S
ISO 16000-28 – Xác định nồng độ VOCs trong không khí xung quanh
Tiêu chuẩn an toàn và vật liệu:
CE Marking – An toàn thiết bị cơ khí, điện và phòng nổ
ATEX Directive 2014/34/EU – Thiết bị dùng trong môi trường dễ cháy nổ
ISO 14001 – Hệ thống quản lý môi trường
REACH – Vật liệu không gây nguy hại thứ cấp, tuân thủ hóa chất EU
3.3 Thương hiệu thiết bị theo phân khúc
Dưới đây là ba thương hiệu quốc tế nổi bật chuyên cung cấp biofilter, bioscrubber, biotrickling filter, phân theo 3 phân khúc:
Phân khúc cao cấp – BIOREM Inc. (Bắc Mỹ)
Hệ thống dùng vật liệu BioShell™ độc quyền, hiệu suất xử lý VOCs, H₂S đạt 99%, thời gian lưu khí ngắn (~20–30 giây). Tuổi thọ vật liệu lên đến 10 năm. SCADA tích hợp giám sát pH, độ ẩm, nhiệt độ và nồng độ VOCs online.
Phân khúc trung cấp – Paques Biomedia (Châu Âu)
Cung cấp biotrickling filter dùng vật liệu BioChip™ dạng đệm cố định, thích hợp với khí NH₃, H₂S, dễ vận hành và bảo trì. Ứng dụng tại nhà máy giấy, bột cá, chế biến thức ăn chăn nuôi.
Phân khúc phổ thông – ENVICON Air Systems (Châu Á)
Cung cấp biofilter dùng vật liệu xơ dừa ép khối hoặc đá nhẹ phủ vi sinh, hiệu suất ~85% với VOCs, thời gian khởi động nhanh, đầu tư thấp, dễ thay thế vật liệu.
4.1 Lợi ích vận hành và môi trường của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học
Hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học mang đến nhiều ưu điểm vượt trội so với các công nghệ hóa lý truyền thống:
Hiệu suất xử lý ổn định với chi phí vận hành thấp
Cơ chế vi sinh vật phân hủy khí giúp hệ thống không cần thay thế hóa chất thường xuyên, tiêu thụ năng lượng thấp (0.6–1.5 kWh/1.000 Nm³ khí), tuổi thọ vật liệu cao. Tổng chi phí O&M thường chỉ chiếm <1.5% tổng đầu tư/năm.
Không tạo phụ phẩm thứ cấp – an toàn sinh thái
Khác với công nghệ hấp phụ hay đốt VOCs, hệ thống sinh học không sinh ra cặn hóa chất, tro, khói hay CO₂ phụ. Sản phẩm cuối cùng chủ yếu là nước và khí CO₂ từ quá trình sinh học tự nhiên.
Khả năng xử lý đa dạng khí độc và mùi
Từ các hợp chất hữu cơ bay hơi như benzene, ethanol, acetone, đến khí vô cơ như NH₃, H₂S, hệ thống đều xử lý hiệu quả nhờ tính chọn lọc và khả năng thích ứng cao của màng sinh học.
Vận hành tự động, ít phụ thuộc vào con người
Toàn bộ hệ thống có thể giám sát qua SCADA với các chỉ số: lưu lượng, pH, độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ VOCs đầu vào – đầu ra. Cảnh báo sự cố được gửi tức thì qua mạng LAN hoặc GSM.
Thân thiện với cộng đồng – giảm mùi phát tán
Các nhà máy thường gặp khiếu nại vì mùi khó chịu trong môi trường xung quanh. Công nghệ sinh học giúp giảm mùi tổng thể xuống dưới 300 OU/m³ (chuẩn EN 13725), cải thiện đáng kể chất lượng không khí khu vực lân cận.
4.2 Ứng dụng thực tế của hệ thống xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học
Nhà máy chế biến thực phẩm – bột cá – nước mắm
Sinh ra nhiều VOCs và mùi hữu cơ phức hợp từ lên men, chiên rán, sấy. Giải pháp là biofilter tầng sâu hoặc biotrickling filter ba cấp, vật liệu biochip và đá bọt phủ vi sinh.
Nhà máy xử lý nước thải – trạm bơm bùn – nhà vệ sinh công cộng
Phát thải H₂S, NH₃ liên tục. Giải pháp: bioscrubber tuần hoàn có bổ sung vi sinh phân giải lưu huỳnh. Hiệu suất >98% cho H₂S nồng độ lên đến 150 ppm.
Nhà máy hóa chất – phân bón – thuốc bảo vệ thực vật
Có nồng độ VOCs cao như toluen, xylene, methanol. Giải pháp: kết hợp biotrickling filter + hấp phụ than hoạt tính tầng cuối nếu cần đạt nồng độ <50 mg/m³ VOCs.
Xưởng giết mổ – chuồng trại công nghiệp – nhà máy thức ăn chăn nuôi
Phát sinh khí NH₃, mercaptan, skatole gây mùi rất khó chịu. Giải pháp: biofilter vật liệu tổng hợp (synthetic packing), hoạt động trong môi trường pH cao.
Nhà máy sản xuất giấy – ethanol – tinh bột
Sinh mùi từ quá trình thủy phân, lên men, sấy. Giải pháp: biotrickling filter hai tầng, kết hợp dòng nước cấp bổ sung dưỡng chất và tái sinh vi sinh.
Khu liên hợp xử lý chất thải rắn – bãi rác chôn lấp
Phát sinh nhiều hợp chất hữu cơ nồng độ thấp đến trung bình, lưu lượng khí rất lớn. Giải pháp: hệ biofilter quy mô lớn, chia vùng xử lý, tuổi thọ vật liệu lọc >5 năm.
Là đơn vị tiên phong trong lĩnh vực công nghệ môi trường, ETEK mang đến giải pháp xử lý khí thải bằng phương pháp sinh học toàn diện – từ thiết kế đến triển khai và bảo trì dài hạn, đạt tiêu chuẩn quốc tế.
5.1 Thiết kế theo từng ngành – phù hợp từng loại khí và tải lượng
ETEK khảo sát thực địa, phân tích thành phần khí chi tiết, lựa chọn công nghệ phù hợp (biofilter, bioscrubber, biotrickling filter) cho từng nhà máy: thực phẩm, hóa chất, rác thải, nước thải…
5.2 Vật liệu lọc sinh học nhập khẩu – bền bỉ – tái sinh được
Sử dụng màng sinh học bám dính trên đá nhẹ, biochip, xơ dừa nén; có độ rỗng cao >90%, không bị sụt lún, chống tắc nghẽn, tuổi thọ vật liệu 5–8 năm, có thể tái sinh bằng dòng khí ngược và phun vi sinh bổ sung.
5.3 Giám sát thông minh – tự động điều chỉnh theo nồng độ khí thải
ETEK tích hợp hệ SCADA – PLC giám sát thời gian thực: lưu lượng, nồng độ VOCs, pH nước tuần hoàn, độ ẩm lớp đệm. Hệ thống phản hồi và điều chỉnh tự động theo dữ liệu đo.
5.4 Đội ngũ triển khai nhiều dự án quốc tế
ETEK đã lắp đặt hệ thống xử lý khí sinh học tại các khu công nghiệp thực phẩm – hóa chất ở Đông Nam Á, Bắc Phi, Nam Á với lưu lượng lên tới 100.000 Nm³/h, đạt chuẩn VDI 3477 – EN 13725.
5.5 Hậu mãi toàn diện – vật tư thay thế luôn sẵn kho
ETEK dự trữ vật liệu biofilter, hệ vi sinh khởi đầu, sensor đo mùi VOCs, quạt composite, van điều tiết… đảm bảo thay thế trong 1–3 ngày kể cả với dự án nước ngoài.
Bài viết liên quan:
Hệ thống xử lý khi thải theo phương pháp xử lý
Hệ thống xử lý khí thải theo tính chất khí thải