Tiếng Việt
EnglishTrong 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 quá trình phân hủy các chất bẩn, trong đó xảy ra một loạt các phản ứng sinh hóa rất phức tạp. Trong bể kỵ khí, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ và vô cơ phức tạp có trong nước thải, giúp giảm nồng độ các chất này. Các chất hữu cơ khó phân hủy như Protein, lipid, chất béo… sẽ được chuyển hóa thành các chất đơn giản hơn như CO2, CH4, NH3, H2S12.
Hình 1: Quá trình kỵ khí là quá trình phân hủy các chất hữu cơ khi không có oxi
Các giai đoạn của quá trình kỵ khí
Quá trình kỵ khí được chia làm 4 giai đoạn:
Giai đoạn thủy phân
Giai đoạn thủy phân là giai đoạn đầu tiên của quá trình kỵ khí, trong đó các vi sinh vật kỵ khí thủy phân các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hơn. Các chất hữu cơ phức tạp này có thể bao gồm protein, lipid, carbohydrate…
Các hợp chất glucose thì phân hủy nhanh chóng còn các hợp chất chứa nitơ và chất hữu cơ lớn thường phân hủy chậm hơn, đặc biệt là cellulose và lignocellulose. Vì vậy, nếu nước thải có nống độ chất rắn lơ lửng cao thì quá trình thủy phân thường diễn ra chậm, bên cạnh đó sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, pH và nồng độ chất hữu cơ….
Giai đoạn này đóng vai trò tạo ra các chất trung gian cần thiết cho các giai đoạn tiếp theo của quá trình kỵ khí, giảm độ pH của môi trường và tạo điều kiện cho các vi sinh vật kỵ khí phát triển.
Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí)
Ở giai đoạn này, các vi sinh vật kỵ khí sẽ lên men và chuyển hóa thành các axit hữu cơ, rượu, CO2 và H2O. Sản phẩm của quá trình lên men sẽ phụ thuộc vào thành phần của chất hữu cơ, độ pH và nhiệt độ môi trường. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình này bao gồm Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Micrococcus…
Giai đoạn axetat hóa
Quá trình axetat hóa là một quá trình sinh học trong đó các vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa các axit hữu cơ thành axit axetic. Axit axetic là một sản phẩm trung gian quan trọng trong quá trình kỵ khí, được sử dụng làm thức ăn cho các vi sinh vật kỵ khí khác trong giai đoạn metan hóa.
Giai đoạn metan hóa
Giai đoạn metan hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình kỵ khí, trong đó các vi sinh vật kỵ khí metan hóa axit hữu cơ thành khí metan. Cơ chế của giai đoạn metan hóa hydro là việc vi sinh vật sử dụng hydro để khử CO₂ và tạo ra khí CH₄. Quá trình này có thể được viết như sau:
CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O
Các vi sinh vật phổ biến tham gia vào quá trình này bao gồm các chi Methanospirillum, methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanococcus, methanomicrobium.
Hàm lượng CH₄ tạo ra trong quá trình này thường không cao, chỉ khoảng 30%. Tuy nhiên, vai trò của vi sinh vật metan hóa hydro là rất quan trọng trong quá trình xử lý nước thải kỵ khí.
Hydro là một sản phẩm phụ của quá trình axetat hóa. Nếu không được loại bỏ, hydro sẽ tích tụ trong bể kỵ khí và ức chế quá trình axetat hóa. Vi sinh vật metan hóa hydro giúp loại bỏ hydro khỏi bể kỵ khí, tạo điều kiện cho quá trình axetat hóa diễn ra hiệu quả.
Hình 2: Sơ đồ tổng quan các giai đoạn của quá trình kỵ khí
Vậy bùn kỵ khí có đặc điểm gì?
Bùn kỵ khí là một chất lỏng hoặc rắn có màu đen hoặc nâu đen, được tạo thành từ các vi sinh vật kỵ khí và các sản phẩm của quá trình kỵ khí. Bùn kỵ khí được tạo ra trong quá trình xử lý nước thải kỵ khí, sản xuất khí sinh học, hoặc các quá trình kỵ khí khác.
Bùn kỵ khí có các đặc điểm sau:
- Màu sắc: Có màu đen hoặc nâu đen do chứa các sản phẩm của quá trình kỵ khí, chẳng hạn như hydro sulfide, methane, và các hợp chất hữu cơ khác.
- Kết cấu: Có thể có kết cấu lỏng, bán rắn, hoặc rắn, tùy thuộc vào thành phần của chất hữu cơ và điều kiện của quá trình kỵ khí.
- Mùi: Có mùi hôi do chứa các sản phẩm của quá trình kỵ khí, chẳng hạn như hydro sulfide và methane.
- Thành phần hóa học: Thành phần hóa học của bùn kỵ khí phụ thuộc vào thành phần của chất hữu cơ và điều kiện của quá trình kỵ khí.
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
Khi đã biết quá trình kỵ khí là gì thì cần tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kỵ khí. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh học kỵ khí là rất quan trọng trong việc thiết kế và vận hành các hệ thống xử lý nước thải kỵ khí. Nhiệt độ, pH, và amoni là ba yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh học kỵ khí.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho quá trình sinh học kỵ khí là từ 25 đến 35 °C. Khi nhiệt độ thấp hơn 25 °C, quá trình sinh học kỵ khí diễn ra chậm hơn và hiệu quả thấp hơn. Khi nhiệt độ cao hơn 35 °C, quá trình sinh học kỵ khí có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật.
- pH: pH thích hợp cho quá trình sinh học kỵ khí là từ 6 đến 8. Khi pH thấp hơn 6, quá trình sinh học kỵ khí có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật. Khi pH cao hơn 8, quá trình sinh học kỵ khí cũng có thể bị ức chế hoặc tiêu diệt các vi sinh vật.
- Amoni: Hàm lượng amoni cao trong nước thải có thể ức chế quá trình sinh học kỵ khí. Trong trường hợp hàm lượng amoni cao, cần phải thực hiện các biện pháp giảm thiểu hàm lượng amoni trước khi xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí.
Ứng dụng quá trình sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải
Xử lý nhân tạo
- Lọc kỵ khí: Bể lọc chứa các vi sinh vật kỵ khí cố định trên bề mặt giá thể. Nước thải chảy từ dưới lên trên và tiếp xúc với lớp màng vi sinh bám dính. Lớp màng vi sinh này sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các sản phẩm cuối cùng là khí metan, carbon dioxide, và nước.
- Kỵ khí tiếp xúc: Bể phản ứng kỵ khí tiếp xúc bao gồm hai ngăn: ngăn phản ứng và ngăn lắng. Trong ngăn phản ứng, nước thải được khuấy trộn và tiếp xúc với lớp bùn hoạt tính kỵ khí. Lớp bùn hoạt tính này sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các sản phẩm cuối cùng là khí metan, carbon dioxide, và nước.
- Bể UASB: Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) là một loại bể kỵ khí tiếp xúc đặc biệt. Trong bể UASB, nước thải được dẫn từ dưới lên trên qua một lớp bùn hoạt tính kỵ khí. Lớp bùn hoạt tính này sẽ phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải thành các sản phẩm cuối cùng là khí metan, carbon dioxide, và nước.
Xử lý tự nhiên
Trong xử lý tự nhiên, người ta dùng ao, hồ tĩnh có độ sâu cao, nơi các vi sinh vật kỵ khí có khả năng sống trong môi trường thiếu oxy. Các chất oxy hóa như nitrat, sulfat,… sẽ giúp các chất hữu cơ biến đổi thành axit, rượu, khí metan, CO2,… Khi quá trình kết thúc, bùn sẽ đọng ở đáy, phần nước sau khi qua xử lý kỵ khí sẽ được lấy ra khỏi ao và chuyển sang công đoạn xử lý khác.
Hình 4: Bể UASB là một loại bể kỵ khí
Đẩy mạnh hiệu quả kỵ khí bằng cách nào?
Các vi sinh vật kỵ khí thường có sẵn trong các chất thải hữu cơ, nhưng với số lượng ít và khả năng thích nghi với môi trường bị hạn chế, dẫn đến hiệu quả xử lý thấp.
Để tăng hiệu suất xử lý, cần bổ sung men vi sinh kỵ khí. Men vi sinh kỵ khí là các vi sinh vật kỵ khí được nuôi cấy và sản xuất trong điều kiện kiểm soát, có khả năng phân hủy các chất hữu cơ phức tạp hiệu quả hơn các vi sinh vật kỵ khí tự nhiên.
Khi bổ sung men vi sinh kỵ khí, các vi sinh vật này sẽ cạnh tranh với các vi sinh vật kỵ khí tự nhiên, thúc đẩy quá trình phân hủy các chất hữu cơ phức tạp và tạo ra khí metan.Với việc bổ sung men vi sinh kỵ khí, hiệu quả xử lý chất bẩn bằng phương pháp kỵ khí có thể được cải thiện đáng kể.
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!
