Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Sinh Học Kỵ Khí
- comvn ccep
- Jul 19, 2022
- 9 min read
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình sinh học phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước thải tạo ra khí CH4 và các sản phẩm vô cơ gồm CO2, CO2, NH3.
Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí có những ưu điểm sau:
- Không có nhiều nhu cầu về năng lượng.
Ngoài vai trò xử lý nước thải và bảo vệ môi trường, quy trình còn tạo ra một nguồn năng lượng mới - khí sinh học, trong đó CH4 chiếm 70-75%.
Ngoài công dụng xử lý sinh học hiếu khí, bùn hoạt tính còn được sử dụng như một tác nhân làm thay đổi thành phần nước thải trong quá trình này. Bùn hoạt tính được sử dụng ở đây có lượng cặn thấp và độ ổn định cao, không cần nhiều chất dinh dưỡng để duy trì hoạt động của bùn, bùn có thể lưu trữ trong thời gian dài.
——Thiết bị: xây dựng đơn giản, vật liệu địa phương, giá thành rẻ.
Xem thêm : Xử lý nước thải
Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí cũng còn có nhưng hạn chế sau :
- Quá trình này nhạy cảm với các chất độc hại và sự thay đổi bất thường của tải trọng kết cấu. Vì vậy, khi sử dụng, các yếu tố môi trường cần được giám sát chặt chẽ.
- Xử lý nước thải không triệt để, cần xử lý hiếu khí.
Thấy được ưu điểm của quy trình này, các nhà khoa học cố gắng đầu tư nghiên cứu từ quy mô thí điểm các mô hình thể tích nhỏ: 6m3, 30m3, 200m3 ... đến quy mô lớn. Tính đến nay, đã có hàng chục nhà máy xử lý nước thải kỵ khí ở Hà Lan, Hoa Kỳ, Thụy Sĩ, Cộng hòa Liên bang Đức và các nước khác.
a. Các quá trình chuyển hoá chủ yếu trong phân huỷ kỵ khí:
– Quá trình thuỷ phân (Hydrolysis):
Để hấp thụ các chất hữu cơ có trong nước thải, vi sinh vật phải thực hiện quá trình biến đổi các chất này. Bước đầu tiên là thủy phân các loại có khối lượng phân tử cao thành các polyme và monome có khối lượng phân tử thấp. Vì chỉ bằng cách này các chất này mới được hấp thụ qua màng tế bào của vi sinh vật. Đối với quá trình thủy phân, các vi sinh vật này phải có nhiều hệ thống enzyme khác nhau như protease, lipase, cellulase,… Sau khi thủy phân sẽ tạo thành các axit amin, đường, rượu, axit béo và các sản phẩm khác. chu kỳ dài ...
Quá trình thủy phân xảy ra khá chậm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH và cấu trúc của chất hữu cơ cần phân hủy.
– Quá trình acid hoá (Acidogenesis) :
Dịch thủy phân tiếp tục bị phân hủy dưới tác dụng của vi sinh vật lên men các axit béo dễ bay hơi như axit axetic, axit fomic và axit propionic. Ngoài ra còn có metanol, etanol, axeton, NH3, CO2 và các dạng khác. hydro…
Tham khảo: Quy Trình Vận Hành Hệ Thống Xử Lý Nước Thải
– Quá trình acetate hoá (Acetogenesis) :
Axit là sản phẩm của quá trình trên tiếp tục bị thủy phân để tạo ra lượng axit axetic cao hơn. Sản phẩm của quá trình này phụ thuộc vào áp suất riêng phần của H2 trong môi chất. Áp suất riêng phần của H2 được duy trì ở <10-3 atm để vi sinh vật có thể chuyển H2 thành CH4 theo phản ứng sau:
4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O
Trong thực tế, khi áp suất riêng phần của H2 lớn, sản phẩm của quá trình này chứa nhiều axit béo trung gian, chẳng hạn như axit propionic (C3). Axit butyric (C4) ... do đó, làm chậm quá trình tạo metan.
– Quá trình methane hoá (Methanogenesis) :
Đây là giai đoạn cuối cùng trong đó các sản phẩm hữu cơ đơn giản của giai đoạn trước bị vi khuẩn lên men mêtan phân hủy thành CH4 và CO2. Họ có hai nhóm sau:
+ Nhóm biến tính axetat: Nhóm này có tốc độ phát triển chậm hơn, đó là lý do tại sao chất thải từ nhà máy xử lý kỵ khí bắt buộc phải lưu lại lâu trong nhà máy.
+ Nhóm biến đổi hydro: Nhóm này phát triển nhanh hơn nhiều do đó có khả năng duy trì áp suất riêng phần H2 thấp hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chuyển hóa axit béo thành axit axetic.
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ kị khí :
Oxy: Trong xử lý nước thải kỵ khí, oxy được coi là chất độc đối với vi sinh vật. Vì vậy, lý tưởng nhất là tạo điều kiện kỵ khí tuyệt đối trong bể xử lý.
- Chất dinh dưỡng: Chất dinh dưỡng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của vi sinh vật và liên quan mật thiết đến quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong chất thải. Vì vậy, việc cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong quá trình phân hủy nói trên là vô cùng cần thiết. Giống như các vi sinh vật khác, vi sinh vật phân giải kỵ khí cần các chất dinh dưỡng chính, bao gồm các hợp chất chứa cacbon, nitơ, phốt pho và các nguyên tố vi lượng khác nhau theo tỷ lệ thích hợp. Nếu chất dinh dưỡng không được cung cấp, quá trình phân hủy của các chất trong nước thải bị ảnh hưởng. Ví dụ, không đủ nitơ có thể ảnh hưởng đến sự hình thành các enzym thực hiện quá trình phân hủy. Nhưng cung cấp quá nhiều nitơ có thể hạn chế sự phát triển của vi sinh vật trong nước thải. Việc cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cần thiết sẽ giúp cho bùn có khả năng lắng tốt và hoạt tính cao, hoạt động tốt trong quá trình xử lý.
- nhiệt độ:
Hệ vi sinh kỵ khí có 3 vùng nhiệt độ thích hợp cho quá trình phân hủy chất hữu cơ, và mỗi vùng nhiệt độ sẽ phù hợp với từng nhóm vi sinh vật kỵ khí khác nhau.
+ Vùng nhiệt độ cao: 450C - 65 0C (ưa nhiệt).
+ Khoảng nhiệt độ trung bình: 200C - 450C (nhiệt độ trung bình)
+ Vùng nhiệt độ thấp: dưới 200C (psychrophilic).
Hai vùng nhiệt độ đầu thích hợp cho hoạt động của các nhóm vi sinh vật lên men metan, lượng khí metan tạo thành ở vùng nhiệt độ này nhiều. Đối với những khu vực nhiệt độ cao (450C - 650C), việc duy trì nhiệt độ này đòi hỏi phải cung cấp thêm nhiệt, gây tốn kém cho công trình. Tính kinh tế của việc điều trị sẽ bị hạn chế.
Ở nước tôi, nhiệt độ trung bình là 200C-320C thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật ở vùng nhiệt độ trung bình.
- Độ pH:
Trong quá trình xử lý kỵ khí, giá trị pH của môi trường có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ, và đặc biệt ảnh hưởng đến 4 quá trình chuyển hóa của quá trình phân hủy kỵ khí. Trong quá trình xử lý, người ta thấy rằng các quá trình cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến nhau, và khi một trong các quá trình bị cản trở hoặc thúc đẩy, nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình xảy ra tiếp theo, do đó làm chậm hoặc đẩy nhanh tốc độ phân hủy các chất. Ví dụ: vi sinh vật axit hóa dễ thích nghi hơn vi sinh vật sinh methanogenic khi nhiệt độ thay đổi hoặc thành phần nước thải thay đổi (do khối lượng công việc mới). PH giảm mạnh (ví dụ: pH <6) sẽ làm giảm quá trình tạo khí CH4. Ngoài ra, khi giá trị pH giảm, các axit trung gian tích tụ nhiều hơn, làm cho phản ứng phân hủy khó tiến hành, dẫn đến kết thúc quá trình axit axetic.
Độ pH tối ưu trong quá trình phân hủy kỵ khí là 6,5 - 8,5.
- Độc tố:
Qua nghiên cứu đặc điểm sinh lý của vi sinh vật tham gia xử lý kỵ khí nước thải, người ta thấy rằng:
+ Một số hợp chất như CCl4, CHCl3, CH2Cl2 ... và các ion kim loại nặng tự do ở nồng độ 1 mg / l là chất độc đối với vi sinh vật kỵ khí.
+ Các hợp chất có nồng độ từ 50-400mg / l như formaldehyde, SO2, H2S… gây độc cho vi sinh vật kỵ khí trong nhà máy xử lý nước thải.
+ S2- được coi là chất ức chế sinh metan. Có nhiều lý do khác nhau dẫn đến nhận định này: S2- kết tủa các nguyên tố vi lượng như Fe, Ni, Co, Mo ... do đó hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, đồng thời các điện tử được giải phóng do quá trình oxy hóa các chất hữu cơ được sử dụng trong quá trình sunfat và giảm sản xuất khí mêtan.
+ Các hợp chất NH4 + ở nồng độ 1,5-2mg / l ức chế quá trình lên men yếm khí.
C. Các loại công trình xử lý kỵ khí nước thải:
Kỹ thuật xử lý kỵ khí đã được sử dụng từ lâu, có quá trình phát triển từ đơn giản đến phức tạp, ngày càng hoàn thiện, có thể đáp ứng được yêu cầu xử lý nước thải.
Trong nửa đầu thế kỷ 20, công nghệ sinh học kỵ khí đã được ứng dụng để xử lý bùn thải, chất thải cô đặc ... và được thể hiện qua một số công trình kinh điển nổi tiếng như:
- Bể tự hoại: Đây là công trình xử lý nước thải nhỏ của từng hộ gia đình. Loại công trình này phục vụ hai chức năng là lắng và chuyển hóa nước thải (chủ yếu là nước thải nhà vệ sinh) bằng phương pháp phân hủy sinh học kỵ khí.
- Bể lắng hai vỏ: Nguyên lý hoạt động giống nhau, đều có chức năng của bể tự hoại nhưng quy mô lớn hơn và công suất xử lý nước thải lớn hơn.
Từ những năm 1970, kỹ thuật xử lý nước thải đã được phát triển một bước mới và hoàn thiện hơn bằng các biện pháp sinh học kỵ khí. Trong giai đoạn này, hàng loạt công trình nghiên cứu đã được thực hiện về nước thải sinh hoạt và một số nước thải công nghiệp giàu chất hữu cơ. Trong số đó, đáng chú ý là những loại công trình sau:
- Bể mêtan cổ điển: dùng để xử lý cặn (từ bể lắng) và bùn hoạt tính còn lại từ các nhà máy xử lý nước thải. Hầu hết các nhà máy xử lý nước thải trong thành phố đều sử dụng loại công trình này.
- Lọc kỵ khí AF (Anaerobic Filter): Ở công trình này, quá trình xử lý được thực hiện thông qua lớp vật liệu lọc, để các vi sinh vật kỵ khí bám vào đó và chuyển hóa sinh học các chất hữu cơ có trong nước. thời gian để tránh rửa trôi màng vi sinh vật.
- Bể xử lý sinh học kỵ khí ngược dòng qua UASB (Upflow Anaerobic S mud Blanket): Cấu trúc này không có vật liệu (vật liệu) hỗ trợ trong bể lọc kỵ khí AF. Tại đây, các vi sinh vật kỵ khí kết hợp và tập hợp lại thành các cụm hạt lớn có vai trò chính trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ. Chúng đủ nặng để tránh bị cuốn trôi khỏi các tòa nhà. Bể UASB gồm có hai ngăn: ngăn lắng và ngăn phân hủy. Thiết kế đặc biệt của đáy bể và khả năng lắng tốt bùn kỵ khí được sử dụng trong xây dựng có thể giải quyết vấn đề nồng độ sinh khối bùn cao trong bể và giảm thời gian lưu nước.
——Ngoài các dạng công việc trên, trong thực tế, sự hình thành của UASB kết hợp AF hoặc tầng bùn tầng sôi cũng được nghiên cứu.
Hình 7.14 Hệ thống xử lý nước thải
Một. Ảnh chụp hệ thống xử lý nước thải hiếu khí. Có thể thấy rõ hồ bơi gần đó là hồ lắng. Bể phía xa là bể lọc, nước thải được phun lên một lớp vật liệu lọc (đá, cát,…).
b. Ảnh chụp hệ thống xử lý nước thải kỵ khí. Hệ thống bể chứa nước thải và bùn hoạt tính. Hầu hết các xe tăng đều chìm trong lòng đất.
Trên đây là những thông tin về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí. Hy vọng bài viết hữu ích cho bạn.
Liên hệ : CCEP
Comments