Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí  

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là một trong những công nghệ quan trọng để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải. Vậy xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là gì? Hãy cùng Dr.Air tham khảo qua bài viết dưới đây nhé!

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là gì? 

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí. Phương pháp này dựa trên hoạt động của các vi sinh vật sống trong môi trường không có oxy (kỵ khí). Trong quá trình này, các vi khuẩn kỵ khí phân hủy chất hữu cơ có trong nước thải và tạo ra các hợp chất đơn giản như CO2, metan (CH4) và các hợp chất khác. Khí metan được tạo ra trong quá trình này có thể được thu gom và sử dụng làm nguồn năng lượng.

Ưu nhược điểm của xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí 

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí có nhiều ưu điểm và nhược điểm. Dưới đây là phân tích chi tiết:

Ưu điểm

• Tiết kiệm năng lượng: Không cần cung cấp oxy cho vi sinh vật, giúp giảm chi phí điện năng cho quá trình xử lý.
• Giảm lượng bùn thải: Quá trình này tạo ra ít bùn hơn so với phương pháp hiếu khí, do vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa nhiều chất hữu cơ thành khí hơn là tế bào mới.
• Tạo ra khí sinh học: Sản phẩm chính của quá trình xử lý là khí methane (CH4), có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc phát điện.
• Thích hợp cho nước thải ô nhiễm nặng: Phương pháp này rất hiệu quả với nước thải có nồng độ chất ô nhiễm cao (BOD/COD > 0.5) và có thể xử lý trong điều kiện nhiệt độ ấm.
• Dễ dàng xây dựng và vận hành: Hệ thống xử lý đơn giản có thể sử dụng vật liệu địa phương, giúp giảm chi phí đầu tư.

Nhược điểm

• Thời gian khởi động dài: Phương pháp này cần thời gian dài để vi sinh vật kỵ khí phát triển đủ mạnh, thường kéo dài từ vài tuần đến vài tháng.
• Yêu cầu kiểm soát nhiệt độ: Quá trình kỵ khí hoạt động tốt nhất ở nhiệt độ từ 30-35°C, do đó hiệu suất sẽ giảm nếu nhiệt độ thấp.
• Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào tải trọng hữu cơ: Phương pháp này chỉ hiệu quả đối với nước thải có nồng độ hữu cơ cao, còn đối với nước thải có tải trọng thấp, phương pháp hiếu khí sẽ thích hợp hơn.

Các giai đoạn công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí

Hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn: thủy phân, lên men (axit hóa), axetat hóa và metan hóa.

Giai đoạn thủy phân

Các chất hữu cơ như protein, lipid và carbohydrate được chuyển đổi và phân hủy thành các chất hữu cơ đơn giản hòa tan trong nước, chẳng hạn như axit amin, axit béo và đường. Chúng có khả năng tiết ra các enzym ngoại bào như cellulase, protease, lipase làm chất xúc tác để phân hủy chất hữu cơ.

Trong khi các hợp chất glucose phân hủy nhanh chóng, các hợp chất chứa nitơ và các hợp chất hữu cơ lớn thường phân hủy chậm hơn, đặc biệt là cellulose và lignocellulose. Do đó, nếu nồng độ chất rắn lơ lửng trong nước thải cao, quá trình thủy phân thường diễn ra chậm và bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ, pH và nồng độ chất hữu cơ.

Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí)

Tại bề mặt xử lý nước thải, vi khuẩn lên men hấp thụ và chuyển hóa thành các axit hữu cơ, rượu, CO2 và H2O,… Để chuyển hóa các giai đoạn này, hầu hết các sản phẩm lên men phụ thuộc vào bản chất của các chất bẩn, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Các vi sinh vật xử lý nước thải tham gia vào quá trình xử lý có thể kể đến bao gồm Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Micrococcus, …

Quá trình axetat hóa

Trong quá trình lên men, vi khuẩn hình thành metan chỉ sử dụng trực tiếp axit acetate, và các chất khác phải mất thời gian để phân hủy thành nhiều hợp chất đơn giản hơn. Ở giai đoạn này, các sản phẩm được tạo thành bao gồm hidro, CO2,… nhưng quá nhiều hydro sẽ cản trở và kìm hãm sự sinh trưởng và phát triển của nhóm vi sinh vật axetat hóa.

Do vi sinh vật thường rất nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường nên chúng chỉ có thể tồn tại dưới áp suất hydro thấp trong bể kỵ khí. Từ đó, quá trình phụ thuộc nhiều vào việc sử dụng hydro của vi sinh vật. Quá trình tiêu thụ hydro chậm lại, chúng sẽ tích tụ nhiều hơn trong bể phản ứng, làm cho áp suất riêng của nó tăng lên khiến quá trình axetat giảm hiệu suất tối đa.

Giai đoạn metan hóa

Đây là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình kỵ khí và chỉ hiệu quả sau khi các chất trung gian được xử lý hoàn toàn. Đây là quá trình khí CH4 được hình thành dựa trên hoạt động của 3 nhóm vi sinh vật chính là vi sinh metan sử dụng hydro, vi sinh metan dùng axetat và vi sinh metan dùng methanol.

Cơ chế của giai đoạn này bao gồm việc vi sinh vật sử dụng hydro để khử CO2 và tạo ra khí CH4 (30%) trong giai đoạn lên men. Các vi sinh vật phổ biến bao gồm các chi Methanospirillum, methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanococcus, methanomicrobium. Mặc dù hàm lượng CH4 không cao nhưng vai trò của vi sinh vật là duy trì áp suất riêng phần của hydro trong quá trình xử lý nước thải để duy trì điểm mạnh đặc trưng của quá trình axetat.

• Vi sinh vật sử dụng axit axetic cho quá trình metan hóa: vi sinh vật chuyển axit axetat thành CH4, CO2 và giải phóng và khử CH4 bởi nhóm vi sinh vật dinh dưỡng Hydrogenotrophic.
• Vi sinh vật sử dụng methanol: Các vi sinh vật phân hủy các hợp chất metyl thành CH4. Nhưng lượng khí CH4 sinh ra trong quá trình này là không đáng kể.

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí 

Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí đang được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các nhà máy công nghiệp và khu công nghiệp. Dưới đây là một số hình thức và công trình tiêu biểu sử dụng phương pháp này:

Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB

UASB là một trong những hệ thống xử lý nước thải áp dụng phương pháp sinh học kỵ khí phổ biến rộng rãi nhờ các đặc điểm sau: 

• Cả 03 quá trình là phân hủy, lắng bùn và tách khí đều đặt chung ở trong 1 công trình
• Tạo thành những loại hạt bùn khí với mật độ vi sinh vật cao, tốc độ lắng vượt xa vì có lớp bùn hiếu khí lơ lửng.

Hiện bể UASB sẽ chia ra thành 02 vùng là vùng lắng đặt nằm trên vùng phân hủy kỵ khí. Nước thải khi phân hủy di chuyển lên vùng này để lắng cặn. Còn vùng chứa bùn phân hủy kỵ khí là lớp bùn chứa vi sinh vật kỵ khí với khả năng phân hủy hợp chất hữu cơ, nước thải chảy vào vùng này để xử lý.

Hầm biogas

Biogas là khí sinh học xuất phát do một vài vi khuẩn phân giải kị khí chất hữu cơ tạo thành. Những chất hữu cơ được ủ để sinh ra những chất khí khác như H2S, N2, CO2 và CH4. Trong số đó CH4 và CO2 có thể cháy được. Hầm Biogas chia ra thành 03 phần liên tiếp nhau gồm:

• Ngăn trộn là khu vực để trộn chất hữu cơ với nước trước khi đổ vào hầm phân hủy
• Hầm phân hủy sẽ là nơi nước, chất hữu cơ phân hủy lên men. CH4 cùng các loại khí khác được sinh ra ở đây, các chất khí này sẽ đẩy bùn cặn phía đáy lên bể áp lực.
• Bể áp lực: Là khu vực chứa bùn cặn. Khi mà mở van, cặn bã bên trong đẩy ngược chất khí lên để dùng.

Bể tự hoại

Bể tự hoại là công trình xử lý nước thải bậc I với nhiệm vụ làm sạch sơ bộ hay hoàn toàn nước thải trước khi thải ra sông hồ, mạng lưới thoát nước bên ngoài. Bể hoạt động dựa theo nguyên lý tạo ra trong 2 quá trình là lắng nước thải và lên men cặn lắng. Được dùng nhiều trong các hộ gia đình có hệ thống cấp thoát nước bên ngoài, bên ngoài là hệ thống thoát nước chung không có trạm để xử lý. Nguyên lý hoạt động cụ thể là:

• Quá trình 1: Nguyên lý hoạt động bể tự hoại ở trong quá trình lắng cặn được xem như là quá trình lắng tĩnh. Nhờ tác dụng từ trọng lượng thì hạt cặn sẽ rơi xuống bên dưới đáy bể, nước sau khi ra khỏi bể trong hơn. Cặn rơi xuống bể có chất hữu cơ sẽ phân hủy bởi vi sinh vật yếm khí.
• Quá trình 2: Nguyên lý hoạt động bể tự hoại ở trong quá trình lên men. Khi hạt cặn lắng xuống đáy bể, chất hữu cơ phân hủy nhờ vi sinh vật yếm khí thì cặn lên men, mất mùi hôi, giảm thể tích.

Lọc sinh học kỵ khí bám cố định

Hệ thống lọc kỵ khí bám dính cố định sử dụng các vi sinh vật bằng cách cho chúng bám dính vào các vật liệu lọc được đặt trong bể, màng vi sinh vật bám dính này không bị rửa trôi trong quá trình xử lý. Với hệ thống này, dòng chảy của nước thải có thể là từ dưới lên hoặc từ trên xuống.

Dòng nước thải tiến vào và dòng tuần hoàn là sản phẩm ra được phân bố từ bên này sang bên kia bể phản ứng sinh học, chảy xuyên qua hoặc là chảy ngược qua màng vi sinh vật. Quá trình này hoạt động dựa trên nguyên lý bùn lơ lửng và hòa trộn sinh khối bị giữ lại bởi màng lọc sinh học. Ở phía trên của màng là tập hợp của các phần bị đào thải.

Kết luận

Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là một giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải chứa chất hữu cơ cao. Đồng thời tận dụng khí sinh học để tái tạo năng lượng. Việc áp dụng phương pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn mang lại lợi ích kinh tế từ việc thu hồi và sử dụng khí metan. Dr.Air luôn sẵn sàng hỗ trợ các bạn trong quá trình tìm hiểu giải pháp xử lý nước thải, liên hệ để được tư vấn chi tiết  

THÔNG TIN LIÊN HỆ

• Văn phòng miền Bắc:

Số 30, Cụm công nghiệp Trường An, X.An Khánh, H.Hoài Đức, TP.Hà Nội

• Văn phòng miền Nam:

52 Đường số 36, KĐT Vạn Phúc, P. Hiệp Bình Phước, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh

• Hotline: 1900.4790
• Website: xulykhoibui.com
• Facebook: HSVN Global