Sinh học - Chương 3: Công nghệ sạch, chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp

CHƯƠNG 3 Công nghệ sạch, chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp TS. Lê Quốc Tuấn Khoa Môi trường và Tài nguyên Đại học Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh Sốá phậän cáùc chấát gâyâ ôâ nhiễmã trong môiâ trườøng ™ Chấát gâyâ ôâ nhiễmã MT cóù thểå đượïc phânâ loạïi: chấát vôâ cơ, hữũ cơ, sinh vậät, khí. ™ Vềà nguồàn gốác thì cóù thểå phânâ thàønh 3 nhóùm: 9 Nhóùm cóù nguồàn gốác sinh họïc, cóù thểå bị phânâ hủûy sinh họïc 9 Nhóùm từø côngâ nghiệäp hóùa dầàu 9 Nhóùm từø cáùc hóùa chấát nhânâ tạïo ™ Sốá phậän củûa cáùc chấát gâyâ ôâ nhiễmã môiâ trườøng sẽõ đượïc chuyểån hóùa bằèng nhiềàu con đườøng kháùc nhau, tùøy thuộäc vàøo tính chấát vàø điềàu kiệän môiâ trườøng màø nóù đượïc thảûi vàøo CHẤT Ô NHIỄM Không bay hơi Bay hơi Tan trong nước Không tan trong nước Sự bay hơi Hoạt hóa Hấp thu tại chỗ Các dung môi clo hóa tại bãi chôn lấp Không độc hại, dễ phân hủy Hấp thu trong không khí Biến mất Có Không CóKhông Không CóCFCs, carbon tetrachloride Chất tan trong nước Tích lũy tại chỗ Hoạt hóa hóa học Hấp thu Không hấp thu Phân hủy sinh học Biến mất Nước? Có Khó phân hủy Có Không Biến mất CóKhông Phức hợp Không phân hủy được Phân hủy sinh học Không phân hủy được Tích lũy tại chỗ Di chuyển vào trong đất, nước ngầm Các acid có nhân thơm và clo, thuốc trừ sâu Hóa chất có nguồn gốc dầu mỏ Thuốc trừ sâu, diệt cỏ Có Có Có Có Không Không Không Chất không tan trong nước Hấp thu bởi tế bào Không được hấp thu Inert Hoạt hóa Phản ứng Biến mấtTích lũy trong chuỗi thức ăn CóKhông Các điều kiện thuận lợi Inert Tích lũy tại chỗ Các điều kiện thuận lợi Có Không DDT: Dichlorodiphenyltrichloroethane; PCBs: Polychlorobiphenyls DDT, PCBs Than bùn Côngâ nghệä sạïch ™ Nhiềàu ýù tưởûng ứùng dụïng CNSH đểå xửû lýù chấát thảûi ởû “cuốái đườøng ốáng”. ™ Đâyâ khôngâ phảûi làø mộät giảûi pháùp tốái ưu vì nhiềàu côngâ nghệä chỉ chuyểån ôâ nhiễmã đếán vùøng kháùc. ™ Giảûi pháùp tốát nhấát làø loạïi thảûi hoặëc làøm giảûm “tạïi nguồàn” ™ Giảûm ôâ nhiễmã tạïi nguồàn đượïc gọïi làø “côngâ nghệä sạïch” Côngâ nghệä sạïch ™ Côngâ nghệä sạïch liênâ quan đếán sựï thay đổåi quy trình sảûn xuấát, thay đổåi côngâ nghệä vàø thay đổåi nguyênâ liệäu đầàu vàøo. ™ Thay đổåi quy trình sảûn xuấát bao gồàm ngănê cảûn sựï thấát thoáùt, phương thứùc sửû dụïng vậät liệäu, tăngê cườøng sựï vậän hàønh. ™ Thay đổåi côngâ nghệä bao gồàm thay đổåi quy trình, càøi đặët vậän hàønh vàø tựï độäng hóùa. ™ Thay đổåi nguyênâ liệäu đầàu vàøo cóù thểå làøm giảûm hoặëc thay thếá cáùc chấát độäc hạïi bằèng chấát ít độäc hơn, táùi chếá vậät liệäu ™ CNSH cóù thểå đượïc áùp dụïng cho cảû 2: thay đổåi côngâ nghệä vàø thay đổåi vậät liệäu. Hiệu quả nguyên liệu Chế biến Sử dụng sản phẩm Hiệu suất năng lượng Hiệu suất năng lượng Thiết kế cho BCL, làm phân bón, đốt Tái chế Giảm thải Tái sử dụng Nguyên liệu thô Nguyên liệu thôChế biến Sử dụng sản phẩm Năng lượng Năng lượng Chất thải rắn đô thị Chất thải công nghiệp THIẾT KẾ TRUYỀN THỐNG THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ SẠCH Ví dụï vềà thanh đổåi quy trình Cơ chất Phần có carbohydrate cao Phần có lignin cao Hơi & Năng lượng Lignin dư Chế biến nhiệt hóa Chế biến hóa sinh Hydrogen Acetate Ester Ethanol Hydrogen hóa ỨÙng dụïng côngâ nghệä sạïch ™ Thay cáùc phương pháùp hóùa họïc bởûi vi sinh vậät hoặëc enzyme. ™ Quảûn lýù sâuâ hạïi vàø vụï mùøa bằèng cáùch giảûm việäc sửû dụïng thuốác trừø sâuâ vàø thuốác diệät cỏû. ™ Kiểåm soáùt sinh họïc, sửû dụïng cáùc vậät liệäu sinh họïc đểå kiểåm soáùt sâuâ bệänh vàø dịch bệänh, giảûm sửû dụïng nôngâ hóùa. ™ Sảûn xuấát chấát dẻûo cóù thểå phânâ hủûy sinh họïc đượïc bằèng vi sinh vậät ™ Khửû lưu huỳønh củûa than vàø dầàu bằèng phương pháùp sinh họïc ™ Sảûn xuấát nhiênâ liệäu sinh họïc Thay đổåi quáù trình ™ Enzyme đượïc sửû dụïng trong ngàønh thuộäc da. ™ Enzyme trong ngàønh dệät đểå loạïi tinh bộät vàø tẩåy trắéng. ™ Enzyme đượïc sửû dụïng trong ngàønh chếá biếán giấáy vàø bộät giấáy. ™ Cellulase, lipase, protease đượïc sửû dụïng trong ngàønh dệät ™ Nhiềàu enzyme đượïc sửû dụïng trong ngàønh côngâ nghệä thựïc phẩåm (amylase) Việäc sửû dụïng enzyme làøm giảûm năngê lượïng cung cấáp cho quáù trình sảûn xuấát Quảûn lýù sâuâ bệänh ™ Việäc sửû dụïng nôngâ hóùa làø nguyênâ nhânâ gâyâ nênâ ôâ nhiễmã môiâ trườøng nghiêmâ trọïng. ™ ỨÙng dụïng CNSH cóù thểå giảûi quyếát đượïc vấán đềà ôâ nhiễmã môiâ trườøng bằèng cáùch: ™ Quay vòøng mùøa vụï đểå tráùnh dịch bệänh, kiểåm soáùt cỏû dạïi vàø sâuâ bệänh ™ Sửû dụïng cáùc giốáng cóù khảû năngê chốáng chịu cao ™ Pháùt triểån cáùc biosensor đểå pháùt hiệän sâuâ bệänh kịp thờøi ™ Sửû dụïng chấát kiểåm soáùt sinh họïc Kiểåm soáùt sinh họïc ™ Làø sửû dụïng vậät liệäu sinh họïc đểå kiểåm soáùt sâuâ bệänh hơn làø sửû dụïng hóùa chấát. ™ Sửû dụïng thiênâ địch đểå kiểåm soáùt sâuâ bệänh ™ Vậät liệäu sinh họïc khôngâ gâyâ độäc vàø khôngâ gâyâ ôâ nhiễmã môiâ trườøng ™ Tuy nhiênâ , việäc sửû dụïng vậät liệäu sinh họïc cũngõ mang đếán nguy cơ tiềàm năngê như cáùc loàøi ngoạïi lai hoặëc biếán thểå củûa vậät liệäu sinh họïc Cáùc hợïp chấát cao phânâ tửû sinh họïc ™ Chấát thảûi rắén sinh hoạït cóù 27% làø plastic đượïc chếá tạïo từø hóùa dầàu vàø khóù phânâ hủûy. ™ Mộät sốá vi sinh vậät cóù khảû năngê sảûn xuấát ra cáùc hợïp chấát cao phânâ tửû cóù thuộäc tính giôngâ plastic, nhưng dễã bị phânâ hủûy sinh họïc ™ Sửû dụïng hợïp chấát cao phânâ tửû sinh họïc làøm giảûm mộät lượïng đáùng kểå việäc khai tháùc dầàu thôâ vàø khôngâ gâyâ ôâ nhiễmã môiâ trườøng Táùi Chếá ™ Làø lựïa chọïn thứù 2 trong việäc làøm giảûm chấát thảûi, nóù liênâ quan đếán táùi chếá vậät liệäu trong quáù trình sảûn xuấát. ™ Táùi chếá kim loạïi vàø thủûy tinh cóù thểå tiếát kiệäm đượïc 95% năngê lượïng đểå tạïo mớùi kim loạïi vàø thủûy tinh ™ Hầàu hếát hệä thốáng phụïc hồài vàø táùi chếá tậäp trung vàøo việäc sửû dụïng kim loạïi, thủûy tinh, giấáy Làm phân Nước thải sinh hoạt Chất thải rắn (CN&NN) Bùn dư Chất thảilỏng độc Bãi chôn lấp Đốt Tái sử dụng Xử lý hiếu khí/kỵ khí Nước rò rỉ C a ù c p h ư ơ n g p h a ù p x ư û l y ù v a ø l o a ï i t h a û i c h a á t t h a û i r a é n s i n h h o a ï t , b u ø n t h a û i v a ø c h a á t t h a û i l o û n g đ o ä c Chấát thảûi sinh hoạït ™ Làø sảûn phẩåm thảûi ra từø cáùc gia định, cơ quan bao gồàm thủûy tinh, kim loạïi vàø vậät liệäu hữũ cơ. ™ Xu hướùng xửû lýù chấát thảûi sinh hoạït thay đổåi theo thờøi gian ™ ỞÛ Mỹõ, nămê 1985, 83% chônâ ởû BCL, 5% đốát vàø 12% táùi chếá ™ Nămê 1993, 62% chônâ ởû BCL, 16% đốát, 4% làøm phânâ vàø 16% táùi chếá ™ Nhìn chung phầàn lớùn ráùc thảûi đềàu đượïc chônâ lấáp tạïi Bãiõ chônâ lấáp ™ Ráùc thảûi sinh hoạït cóù thểå đượïc làøm giảûm bằèng cáùch táùi chếá thủûy tinh, kim loạïi vàø giấáy BÃI CHÔN Là  ÁÁP ™ Mỗiã khi chấát thảûi đượïc sinh ra, cóù nhiềàu phương pháùp đượïc sửû dụïng đểå xửû lýù vàø loạïi thảûi. ™ Cóù lẽõ phương pháùp cổå điểån nhấát làø đem chôn⠙ Ban đầàu cáùc bãiõ chônâ lấáp thườøng gâyâ nênâ ôâ nhiễmã nướùc ngầàm do nướùc ròø rỉ từø ráùc. ™ Vấán đềà chính củûa bãiõ chônâ lấáp vẫnã làø nướùc ròø rỉ ™ Nhiềàu phương áùn đượïc lựïa chọïn làø làøm sao hạïn chếá tốái đa hoặëc khôngâ cho nướùc ròø rỉ ngấám xuốáng đấát Chất thải Lớp chống thấm Lớp phủ sau cùng Lớp phủ hàng ngày Chất thải Vị trí công tac Một số thiết kế của bãi chôn lấp Lớp phủ trên cùng Khí Đá Vị trí chôn rác Mặt đất Khí Lớp phủ trên cùng Đá Vị trí chôn rác Mặt đất Ống đục lổ Cách thiết kế bãi chôn lấp hiện đại Phương pháp lấy khí từ bãi chôn lấp. Các ống thu khí có thể cắm vào sau 1 – 2 năm Sự thay đổi các loại khí ở bãi chôn lấp sau một vài năm. Thời gian để có thể thu được khí methane trung bình khoảng 2 năm Thời gian Khí Khối rác Lớp phủ trên cùng Đá Ống đục lổ T h a ø n h p h a à n k h í t h e o p h a à n t r a ê m t h e å t í c h LÀØM PHÂN BÔ ÙÙN Mặt cắt của hệ thống sản xuất phân từ rác thải hữu cơ. Hệ thống hoạt động trong điều kiện hiếu khí Vật liệu phủ (lớp phân già) Vật liệu làm phân Lớp đệm Kênh tháo nước Ống đục lổ, cấp khí Lớp bê tông Khí Sự phân bố nhiệt độ trong hệ thống làm phân. Hoạt động của vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ đã tạo nên các vùng nhiệt độ khác nhau. Việc cấp khí giúp cho các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ phát triển Vật liệu phủ không thấm Ống đục lổ, cấp khí Ống đục lổ, cấp khí Vật liệu phủ không thấm LÀØM PHÂN BÔ ÙÙN CHẤÁT THẢÛI NÔNG NGHIÊ ÄÄP ™ Cóù thểå chia thàønh chấát thảûi rắén vàø chấát thảûi lỏûng. ™ 5-10% chấát thảûi rắén đượïc sửû dụïng đểå làøm phânâ bóùn ™ Chấát thảûi lỏûng pháùt sinh từø cáùc chuồàng trạïi chănê nuôiâ , mộät lượïng lớùn đượïc pha loãngõ vàø chảûy tràøn bềà mặët bởûi nướùc mưa. ™ Chấát thảûi lỏûng cóù hàøm lượïng BOD cao (10.000 – 25.000 mg/L. ™ Mộät lượïng lớùn nitrate vàø phosphate trong chấát thảûi lỏûng cũngõ bị chảûy tràøn bềà mặët ™ Cáùc hệä thốáng kỵ khí vàø tùøy nghi đượïc thiếát kếá vàø ứùng dụïng đểå xửû lýù chấát thảûi lỏûng CHẤÁT THẢÛI CÔNG NGHIÊ ÄÄP ™ Phầàn lớùn đượïc thảûi ra từø cáùc nhàø máùy bao gồàm cảû rắén vàø lỏûng, cóù BOD cao hơn nhiềàu so vớùi chấát thảûi sinh hoạït ™ Cáùc chấát thảûi hữũ cơ phânâ hủûy đượïc xuấát pháùt từø cáùc nhàø máùy chếá biếán thựïc phẩåm, sữã , thịt, rau quảû. ™ Thôngâ thườøng chấát thảûi côngâ nghiệäp đượïc xửû lýù trướùc khi xảû ra hệä thốáng thoáùt nướùc thảûi chung củûa khu côngâ nghiệäp hoặëc khu dânâ cư ™ Vì hàøm lượïng BOD cao nênâ xửû lýù kỵ khí làø phương pháùp xửû lýù tốái ưu thườøng đượïc sửû dụïng ™ Khí methane thu đượïc từø xửû lýù kỵ khí đượïc sửû dụïng đểå đun sôiâ vàø pháùt điệän