quá trình xử lí chất thải bằng phương pháp kị khí

VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
I.Giới thiệu chung về quá trình kị khí:
1.1.Định nghĩa: khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều kiện
không có oxy.
1.2.Phân biệt giữa kị khí và hiếu khí:
-Quá trình kị khí sử dụng CO
2
làm chất nhận điện tử không cần oxy
-Quá trình kị khí sử dụng lượng bùn ít hơn 3-20 lần so với hiếu khí
-Sản sinh khí có ích la Metan giúp giảm thiểu BOD trong bùn đã phân hủy
-Nhu cầu năng lượng cho quá trình được giảm thiểu
-Quá trình xử lí kị khí thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng
-Bể phản ứng kị khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao
-Hệ thống kị khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp và một số hợp chất
thiên nhiên khó phân hủy như ligin
*Một số nhược điểm của quá trình kị khí so với hiếu khí
-Diễn ra chậm hơn hiếu khí
-Nhạy cảm hơn trong việc phân hủy các chất độc
-Khởi động cần nhiều thời gian
-Đòi nồng độ cơ chất ban đầu tương đối cao
II.Mô tả quá trình:
2.1.Chu trình kị khí
2.1.1.Qúa trình:
Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản
ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng
phương trình sau đây:
Chất hữu cơ
lên men
----------->
yếm khí
CH

4
+ CO
2
+ H
2
+ NH
3
+ H
2
S
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của
Biogas như sau:

Methane (CH
4
) 55 ¸ 65%
Carbon dioxide (CO
2
) 35 ¸ 45%
Nitrogen (N
2
) 0 ¸ 3%
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
1
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
Hydrogen (H
2
) 0 ¸ 1%
Hydrogen Sulphide (H
2

S) 0 ¸ 1%
2.1.2.Chu trình trong tự nhiên:
- Phân hủy kỵ khí có thể chia làm 6 quá trình:
1. Thủy phân polymer: thủy phân các protein, polysaccaride, chất béo.
2. Lên men các amino acid và đường.
3. Phân hủy kỵ khí các acid béo mạch dài và rượu (alcohols).
4. Phân hủy kỵ khí các acid béo dễ bay hơi (ngoại trừ acid acetic).
5. Hình thành khí methane từ acid acetic.
6. Hình thành khí methane từ hydrogen và CO2.
Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình
phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
- Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết
ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa
thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo).
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt
và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
- Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa
tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol,
CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm
xuống 4.0.
- Acetic hoá (Acetogenesis): Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của
giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
- Methane hóa (methanogenesis):
Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid
fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.
Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm,
COD chỉ giảm trong giai đoạn methane.
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
2
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ

2.2.Một số vi sinh vật tham gia vào quá trình kị khí
Nhóm vi sinh vật thủy phân chát hữu cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid
Clostridium spp Peptococcus anaerobus Bifidobacterium
spp
Desulphovibrio spp
Corynebacterium spp
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
3
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
Lactobacillus Actonomyces Escherichia coli
Staphylococcus


Vi khuẩn tạo Mêtan

Hinh que
Methanobacterium Methanobacilus

NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
4
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
Dạng hình cầu
Methanococcus Methanosarcina
III.Các yếu tố kiểm soát quá trình kị khí:
Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng nếu như
chất thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn
đang hoạt động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ
nên được điều chỉnh ở mức 5 ¸ 10%, 90 ¸ 95% còn lại là nước.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ và sự biến đổi của

nhiệt độ trong ngày và các
mùa ảnh hưởng đến tốc độ
phân hủy chất hữu cơ. Thông
thường biên độ nhiệt sau đây
được chú ý đến trong quá
trình xử lý yếm khí:
25 ¸ 40
oC
: đây là khoảng
nhiệt độ thích hợp cho
các vi sinh vật ưa ấm.
50 ¸ 65
oC
: nhiệt độ thích
hợp cho các vi sinh vật
ưa nhiệt.
Nói chung khi nhiệt độ tăng tốc độ sinh khí tăng nhưng ở nhiệt độ trong khoảng 40
¸ 45
oC
thì tốc độ sinh khí giảm vì khoảng nhiệt độ này không thích hợp cho cả hai
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
5
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
loại vi khuẩn, nhiệt độ trên 60
oC
tốc độ sinh khí giảm đột ngột và quá trình sinh khí
bị kềm hãm hoàn toàn ở 65
oC
trở lên

Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng sinh khí của hầm ủ
(Price and Cheremisinoff, 1981, trích dẫn bởi Chongrak, 1989)
Ở các nước vùng ôn đới nhiệt độ môi trường thấp; do đó tốc độ sinh khí chậm và ở
nhiệt độ dưới 10
oC
thể tích khí sản xuất được giảm mạnh. Để cải thiện tốc độ sinh
khí người ta có thể dùng Biogas đun nóng nguyên liệu nạp, hoặc đun nước nóng để
trao đổi nhiệt qua các ống hình xoắn ốc lắp đặt sẵn trong lòng hầm ủ. Ngoài ra
người ta còn dùng các tấm nhựa trong để bao hầm ủ lại, nhiệt độ bên trong tấm
nhựa trong sẽ cao hơn nhiệt độ môi trường từ 5 ¸ 10
oC
, hoặc thiết kế cho phần trên
hầm ủ chứa nước và lượng nước này được đun nóng lên bằng bức xạ mặt trời, hoặc
tạo lớp cách nhiệt với môi trường bằng cách phủ phân compost hoặc lá cây lên hầm
ủ.

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity)
pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 ¸ 7,6 tối ưu trong khoảng 7 ¸ 7,2 vì
tuy rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo
methane bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích
tụ quá độ các acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu
nạp ức chế hoạt động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức
ngưng nạp cho hầm ủ để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm
ủ đạt được tốc độ sinh khí bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho
hầm ủ theo đúng lượng quy định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH
của hầm ủ.
Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 ¸ 5.000 mg/L để tạo khả năng
đệm tốt cho nguyên liệu nạp.

Ảnh hưởng của độ mặn

Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng
sinh Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi
khuẩn tham gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với
nồng độ của muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí
không bị giảm đáng kể. Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các
vùng nước lợ trong mùa khô không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988).

Các chất dinh dưỡng
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
6
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt
được tỉ số C/N từ 25/1 ¸ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng
đạm từ 25 ¸ 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với
quá trình sinh khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.

Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp
Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:
Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m
3
/ngày hay VS/m
3
/ngày
Thời gian lưu trữ hỗn hợp nạp trong hầm ủ HRT
Lượng chất hữu cơ nạp cao sẽ làm tích tụ các acid béo do các vi khuẩn ở giai đoạn 3
không sử dụng kịp làm giảm pH của hầm ủ gây bất lợi cho các vi khuẩn methane.

Ảnh hưởng của các chất khóang trong nguyên liệu nạp
Các chất khóang trong nguyên liệu nạp có tác động tích cực hoặc tiêu cực đến quá
trình sinh khí methane. Ví dụ ở nồng độ thấp Nikel làm tăng quá trình sinh khí.

Các chất khóang này còn gây hiện tượng cộng hưởng hoặc đối kháng. Hiện tượng
cộng hưởng là hiện tượng tăng độc tính của một nguyên tố do sự có mặt một
nguyên tố khác. Hiện tượng đối kháng là hiện tượng giảm độc tính của một nguyên
tố do sự có mặt của một nguyên tố khác.
Hiện tượng cộng hưởng và đối kháng của các cation đối với quá trình lên men
yếm khí
(EPA, 1979, trích dẫn bởi Chongrak, 1989)
Cations gây độc Cations cộng hưởng Cations đối
kháng
Ammonium - N Ca, Mg, K Na
Ca Ammniu - N, Mg K, Na
Mg Ammonium - N, Ca K, Na
K K, Na
Na Ammonium - N, Ca, Mg K
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN
7
VSMT:QUÁ TRÌNH XỬ LÍ CHẤT THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP KỊ KHÍ
Khuấy trộn
Khuấy trộn tạo điều kiện cho vi khuẩn tiếp xúc với chất thải làm tăng nhanh quá
trình sinh khí. Nó còn làm giảm thiểu sự lắng đọng của các chất rắn xuống đáy hầm
và sự tạo bọt và váng trên mặt hầm ủ.
IV.Xử lí kị khí nứớc thải:
4.1. Bể tự hoại
4.1.1. Nguyên tắc:
Dạng bể tự hoại truyền thống
4.1.2.Một số bể tự hoại cải tiến:
Dạng bể tự hoại kết hợp bãi lọc ngầm
Dạng bể tự hoại kết hợp hồ sinh vật
Dạng bể tự hoại kết hợp lọc sinh học
NHÓM 6 GVHD:TRẦN THỊ THANH HUYỀN

8