Xử lý khí thải trong phòng thí nghiệm: Con đường kiểm soát chính xác và vận hành xanh

Là nơi chủ yếu cho hoạt động nghiên cứu khoa học và kiểm định, phòng thí nghiệm trong quá trình thực nghiệm phát sinh nhiều loại khí thải, bao gồm các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi, khí axit và kiềm, cũng như các chất ô nhiễm chứa bụi. Những loại khí thải này rất phức tạp, có tính chất xả thải không liên tục và nồng độ dao động lớn; nếu không được xử lý theo quy chuẩn mà trực tiếp thải ra môi trường, chúng không chỉ gây hại đến sức khỏe của cán bộ, nhân viên thí nghiệm, mà còn tác động tiêu cực đến hệ sinh thái xung quanh. Cùng với việc các quy định về bảo vệ môi trường ngày càng được hoàn thiện, tính tuân thủ và tính khoa học trong công tác xử lý khí thải phòng thí nghiệm càng trở nên quan trọng.

Tác hại của khí thải trong phòng thí nghiệm rất đa dạng. Các hợp chất hữu cơ như benzen và các hợp chất rượu‑xeton, khi tiếp xúc lâu dài, có thể ảnh hưởng đến hệ hô hấp của con người; các khí thải axit như hydro clorua và oxit nitơ dễ hình thành sương mù axit, gây ăn mòn thiết bị và làm ô nhiễm đất đai, nguồn nước; một số loại khí thải còn có thể phát sinh mùi khó chịu, gây phiền hà cho cộng đồng, thậm chí tiềm ẩn nguy cơ cháy nổ. Do đó, việc xây dựng hệ thống xử lý khí thải phù hợp là bảo đảm cần thiết cho hoạt động xanh của phòng thí nghiệm.

Các công nghệ xử lý chủ đạo hiện nay cần được lựa chọn một cách chính xác dựa trên đặc tính của khí thải; các phương pháp phổ biến có thể chia thành bốn nhóm lớn: phương pháp vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học và các quy trình kết hợp. Trong số các phương pháp vật lý, hấp phụ bằng than hoạt tính có phạm vi ứng dụng rộng rãi; nhờ cấu trúc xốp, nó có thể hấp phụ khí thải hữu cơ ở nồng độ thấp, thiết bị đơn giản và vận hành bảo trì thuận tiện, tuy nhiên cần định kỳ thay thế vật liệu hấp phụ và xử lý than đã hấp phụ theo đúng quy định. Phương pháp hấp thụ bằng phun nước thích hợp với các khí vô cơ axit hoặc kiềm có tính hòa tan cao; thông qua quá trình tiếp xúc giữa pha khí và pha lỏng, chất ô nhiễm được chuyển tải, song đồng thời phát sinh nước thải cần được xử lý二次.

Phương pháp hóa học mang lại hiệu quả xử lý nổi bật đối với các chất ô nhiễm cụ thể; tháp rửa hóa học ướt, thông qua phản ứng trung hòa hoặc phản ứng oxi hóa–khử, giúp loại bỏ các khí axit và bazơ, là một đơn vị tiền xử lý thường được sử dụng trong phòng thí nghiệm. Phương pháp hấp phụ hóa học khô, dựa trên môi trường chứa thuốc thử ngâm tẩm, có khả năng loại bỏ chọn lọc các khí khử, không phát sinh nước thải nhưng môi trường hấp phụ có tuổi thọ hạn chế. Còn phương pháp oxy hóa nhiệt và xúc tác thích hợp cho khí thải hữu cơ ở nồng độ trung bình đến cao, có thể phân hủy các chất ô nhiễm thành những chất vô hại, phù hợp với việc sử dụng trong các cụm phòng thí nghiệm quy mô lớn.

Phương pháp sinh học và các công nghệ mới mở ra hướng đi mới cho việc xử lý khí thải nồng độ thấp. Bể lọc sinh học tận dụng quá trình chuyển hóa của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong khí thải; phương pháp này có chi phí vận hành thấp và thân thiện với môi trường, song thời gian khởi động kéo dài và yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện đầu vào. Plasma nhiệt độ thấp và công nghệ oxy hóa quang xúc tác có khả năng khởi động – dừng máy nhanh, chiếm diện tích nhỏ, đồng thời xử lý được các khí gây mùi khó phân hủy; chúng thường được sử dụng như đơn vị xử lý tinh cuối cùng trong quy trình kết hợp, nhưng cần được trang bị thêm thiết bị phân hủy ozone để ngăn ngừa ảnh hưởng từ các sản phẩm phụ.

Trong thực tế ứng dụng, một công nghệ đơn lẻ khó có thể xử lý hiệu quả các loại khí thải phức tạp, do đó các quy trình kết hợp đã trở thành lựa chọn chủ đạo. Quy trình điển hình thường gồm các bước: “thu gom phân loại + xử lý sơ bộ + xử lý trọng tâm + xử lý cuối cùng”. Chẳng hạn, các phòng thí nghiệm hóa học tổng hợp thường áp dụng quy trình hai giai đoạn “tháp phun hấp thụ trung hòa khí axit và kiềm + hấp phụ khí thải hữu cơ bằng than hoạt tính”, vừa bảo đảm hiệu quả xử lý vừa đáp ứng yêu cầu về tính kinh tế. Đồng thời, cần tuân thủ nguyên tắc ưu tiên đạt chuẩn, phù hợp, tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy, đồng thời lựa chọn thiết bị dựa trên thành phần, nồng độ của khí thải cũng như điều kiện mặt bằng.

Quản lý tuân thủ và vận hành bảo trì thường xuyên là những yếu tố then chốt bảo đảm hiệu quả xử lý. Phòng thí nghiệm cần nghiêm túc tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải liên quan, định kỳ giám sát nồng độ khí thải, đồng thời ghi chép đầy đủ công tác bảo dưỡng thiết bị và thay thế vật tư tiêu hao. Đối với các chất thải nguy hại phát sinh như vật liệu hấp phụ đã qua sử dụng, môi trường hóa học…, phải phân loại, lưu giữ và xử lý theo đúng quy định. Chỉ khi kết hợp chặt chẽ giữa lựa chọn công nghệ, thiết kế hệ thống và quản lý vận hành bảo trì, mới có thể kiểm soát hiệu quả khí thải của phòng thí nghiệm, góp phần thúc đẩy sự phát triển hài hòa giữa hoạt động nghiên cứu khoa học và bảo vệ môi trường sinh thái.