Hotline: 
Email: 
Trong các hệ thống xử nước thải, bể kỵ khí đóng vai trò quan trọng giúp giảm hàm lượng hữu cơ có trong nước. Vậy quá trình kỵ khí là gì? Các giai đoạn của quá trình kỵ khí và ứng dụng của công nghệ này trong xử lý nước thải như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu cùng Envico qua bài viết dưới đây.
Quá trình kỵ khí là gì?
Quá trình kỵ khí là sự phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp bởi vi sinh vật trong điều kiện hoàn toàn không có sự xuất hiện của oxy hòa tan. Phương pháp này chuyển hóa chất thải thành hỗn hợp khí sinh học (chủ yếu là khí metan và cacbon dioxit) cùng một lượng nhỏ bùn dư.
Đặc điểm nổi bật của cơ chế này nằm ở khả năng thu hồi khí đốt từ rác thải hoặc nước ô nhiễm nặng. Vi khuẩn sẽ sử dụng trực tiếp các chất hữu cơ làm nguồn thức ăn để sinh trưởng, đồng thời đào thải ra metan. Việc áp dụng phương pháp không oxy giúp giảm thiểu lượng bùn thải sinh ra so với các hệ thống sục khí thông thường.
Các giai đoạn của quá trình kỵ khí
Sự phân giải chất hữu cơ diễn ra qua 4 bước cơ bản. Mỗi bước do một nhóm vi sinh vật cụ thể thực hiện, sản phẩm của bước này trở thành nguồn thức ăn cho nhóm vi khuẩn ở bước tiếp theo.
Giai đoạn thủy phân
Các hợp chất hữu cơ phân tử khối lớn như protein, carbohydrate, lipid bị phân tách thành những phân tử nhỏ hơn có khả năng hòa tan vào nước. Vi sinh vật tiết ra enzyme ngoại bào để xúc tác cho việc phân mảnh này, giúp tế bào dễ dàng hấp thu vật chất. Nếu nước thải chứa nhiều chất rắn lơ lửng, bước này sẽ diễn ra rất chậm và quyết định tốc độ của toàn bộ hệ thống.
Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí)
Nhóm vi khuẩn lên men tiếp tục chuyển hóa những hợp chất hòa tan thành các axit hữu cơ mạch ngắn, khí hydro (H2) và khí cacbonic (CO2). Các hợp chất dạng cồn, axit propionic hoặc axit butyric cũng được hình thành mạnh mẽ tại đây. Sự gia tăng hàm lượng axit làm cho độ pH trong nước giảm xuống nhanh chóng.
Giai đoạn axetat hóa
Sản phẩm từ bước lên men được vi khuẩn sinh axetat chuyển đổi hoàn toàn thành axit axetic, cùng với H2 và CO2. Đây là bước trung gian bắt buộc để chuẩn bị nguồn nguyên liệu phù hợp nhất cho nhóm vi sinh tạo khí metan hoạt động. Nồng độ khí hydro cần được duy trì ở mức thấp để phản ứng sinh axit axetic diễn ra thuận lợi.
Giai đoạn metan hóa
Axit axetic, H2 và CO2 bị phân giải thành khí metan (CH4) và CO2. Bước cuối cùng này quyết định tỷ lệ tạo khí sinh học của toàn bộ hệ thống. Nhóm vi sinh vật tạo metan phát triển rất chậm và đòi hỏi môi trường sống khắt khe, dễ chết nếu độ pH giảm sâu dưới 6.5.
Vậy bùn kỵ khí có đặc điểm gì?
Bùn kỵ khí là tập hợp các vi sinh vật sống trong môi trường không oxy, thường có màu đen sẫm, mùi đặc trưng và khả năng lắng rất tốt. Lượng bùn này trực tiếp phân giải chất bẩn trong các bể chứa.
Những đặc điểm nổi bật của loại bùn này bao gồm:
- Tốc độ sinh trưởng chậm: Lượng bùn dư sinh ra rất thấp, giúp tiết kiệm chi phí hút cặn định kỳ.
- Khả năng tạo hạt: Vi khuẩn có xu hướng liên kết thành các hạt to, nặng, xốp, làm tăng khả năng giữ vi sinh lại trong bể khi có dòng chảy qua.
- Mức độ phản ứng với môi trường: Dễ bị tác động bởi sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ, nồng độ pH hoặc khi xuất hiện hóa chất độc hại.
- Yêu cầu khởi động: Quá trình nuôi cấy ban đầu tốn nhiều thời gian, kéo dài từ vài tháng đến nửa năm để đạt được lớp bùn hạt ổn định.
Hình 3: Bùn vi sinh được sử dụng trong quá trình kỵ khí
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh học kỵ khí
Khả năng xử lý chất thải phụ thuộc vào điều kiện môi trường sống thực tế của hệ vi sinh vật. Các chỉ số lý hóa trong nước cần được giữ ở mức ổn định để tránh gây sốc cho bùn hạt.
| Yếu tố | Điều kiện tối ưu | Tác động khi thay đổi |
| Nhiệt độ | 30 – 37 độ C hoặc 50 – 55 độ C | Hoạt động vi sinh giảm mạnh khi nhiệt độ hạ thấp đột ngột. |
| Độ pH | 6.8 – 7.2 | pH dưới 6.0 ức chế hoàn toàn nhóm vi sinh vật sinh metan. |
| Độc tính | Nồng độ amoni, kim loại nặng thấp | Gây chết lớp bùn nếu vượt quá ngưỡng chịu đựng. |
| Dinh dưỡng | Tỷ lệ C:N:P = 350:5:1 | Vi khuẩn ngừng sinh trưởng nếu thiếu hụt Nito hoặc Photpho. |
Ứng dụng quá trình sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải
Phương pháp này được áp dụng rộng rãi để xử lý các dòng nước thải có nồng độ chất ô nhiễm rất cao từ nhà máy sản xuất thực phẩm, giấy, hoặc chăn nuôi.
Xử lý nhân tạo
Các hệ thống được xây dựng bằng bê tông hoặc thép, lắp đặt thêm vật liệu lọc hoặc cánh khuấy để tăng cường diện tích tiếp xúc giữa vi khuẩn và chất thải. Nước ô nhiễm thường được bơm từ dưới lên, đi xuyên qua lớp bùn hạt dày đặc để tiến hành phân giải. Hệ thống phổ biến cho nhóm này là bể UASB hoặc bể lọc sinh học dòng chảy ngược. Ưu điểm lớn nhất là thu nhỏ diện tích xây dựng và tăng lượng khí metan thu hồi.
Xử lý tự nhiên
Phương pháp này tận dụng các ao, hồ sâu không cung cấp oxy nhân tạo. Lớp nước dưới đáy ao cạn kiệt oxy, tạo không gian cho vi khuẩn phân giải bùn lắng tích tụ. Cách tiếp cận này có chi phí đầu tư rất thấp, dễ vận hành nhưng đòi hỏi quỹ đất rộng và thời gian nằm lại trong ao kéo dài nhiều ngày.
Hình 4: Bể UASB là một loại bể kỵ khí
Đẩy mạnh hiệu quả kỵ khí bằng cách nào?
Cần tối ưu hóa các thông số môi trường và gia tăng khả năng giữ vi sinh vật lại bên trong hệ thống. Việc áp dụng đúng kỹ thuật vận hành sẽ hạn chế rủi ro chết bùn và tăng lượng khí thu được.
Các biện pháp gia tăng khả năng xử lý bao gồm:
Bổ sung giá thể vi sinh: Đưa vật liệu nhựa hoặc xốp vào bể để tạo diện tích bám dính, làm tăng số lượng vi khuẩn hoạt động.
Điều chỉnh pH kịp thời: Châm thêm hóa chất kiềm hóa khi hàm lượng axit tăng cao nhằm bảo vệ vi khuẩn sinh metan.
Tuần hoàn nước: Bơm ngược một phần nước sau xử lý về bể chứa ban đầu để làm loãng nồng độ chất độc và cân bằng dòng chảy.
Cung cấp chất vô cơ: Bổ sung Nito, Photpho và các nguyên tố vi lượng (Sắt, Coban) theo tỷ lệ thích hợp nếu dòng chảy nguyên thủy bị thiếu hụt.
Trên đây là thông tin về quá trình kỵ khí, các giai đoạn và ứng dụng của quá trình này trong xử lý nước thải. Đọc xong bài viết, chắc hẳn các bạn đã có đáp án cho câu hỏi quá trình kỵ khí là gì? Chúng tôi hy vọng những thông tin này là nguồn tham khảo hữu ích cho bạn. Xin chân thành cảm ơn!
