phương pháp xử lý kị khí

1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chất hữu cơ



vsv

CO2 + CH4 + H2 + H2S + N2 + tb mới +ΔH

Khí sinh học (Biogas):
CH4: 55-65 (%)

N2: 0-3 (%)

CO2: 35- 45 (%)

H2: 0-1 (%)

H2S: 0-1 (%)

Nhiệt lượng CH4: 9000 (kcal/m3); biogas: 4500-6000(kcal/m3)
 Ứng dụng
• Xử lý ổn định cặn

• Xử lý các loại NT có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao (BOD ≥
10-30 g/l).


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT (tt)
Biogas:

 1m3 biogas tương đương:
• 0,4 kg dầu diesel
• 0,6 kg dầu hỏa
• 0,8 kg than

 1m3 biogas đủ để:
• Chạy một động cơ 1Hp trong 2h
• Cung cấp năng lượng để nấu ăn 3 buổi/ngày cho gia đình 5 người

• Thắp sáng bóng đèn 60W trong 6h
• Chạy tủ lạnh 1m3 trong 1h


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT (tt)
 Ưu điểm
• Thiết kế đơn giản, chiếm ít diện tích mặt bằng
• Chi phí về năng lượng thấp

• Khả năng thu hồi Biogas cao
• Không đòi hỏi cung cấp nhiều chất dinh dưỡng, lượng bùn sinh

ra ít hơn 10-20 lần so với phương pháp hiếu khí
• Có tính ổn định tương đối cao có thể tồn trữ trong một thời gian

khá dài và là nguồn phân bón có giá trị
• Chịu được sự thay đổi đột ngột về lưu lượng


1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT (tt)
 Nhược điểm

• Rất nhạy cảm với các chất độc hại
• Xử lý nước thải chưa triệt để
• Những hiểu biết về các vsv kỵ khí còn hạn chế


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ

Quá trình xảy ra theo 4 giai đoạn:
_ Giai đoạn 1: Thuỷ phân
_ Giai đoạn 2: Acid hoá
_ Giai đoạn 3: Acetate hoá
_ Giai đoạn 4: Methane hoá


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 1: Thuỷ phân
Dưới tác dụng của các loại men khác nhau do nhiều loài vsv

tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp chuyển thành các hợp chất đơn
giản hơn để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vsv hoạt

động:
•

Gluxit chuyển thành các đường đơn

•

Protein chuyển thành các peptid và các axit amin

•

Lipid chuyển thành glyxerin và axit béo
Được thực hiện trong các điều kiện khác nhau:

•

Ôn hòa: 30-40oC

•

Nóng: >45oC


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 2: Acid hóa


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 2: Acid hóa

Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu
cơ đơn giản thành các axit béo dễ bay hơi như axit lactic,

axit acetic, axit butyric… rượu.
• Độ pH<7 – giai đoạn lên men axit

• Nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axit
Clodtridium,

Peptococcus,

Lactobacillus,

Actinomyces,

Staphylococcus, Desulfobrio…


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 3: Acetate hóa

Chuyển hóa axit béo, alcol thành axit acetic, CO2 và H2


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 4: Methane hóa

Dưới tác dụng chủ yếu của nhóm vi khuẩn Metan,
chuyển hóa axit acetic, axit formic, methanol, methylamines
thành hỗn hợp khí CH4, CO2,…
4HCOOH  CH4 + 3CO2 + 2H2O
CH3COOH  CH4 + CO2
4CH3OH  3CH4 + CO2 + 2H2O
4(CH3)3N + H2O  9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3

2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 4: Methane hóa (tt)

• Độ pH = 7-8
• Quá trình được thực hiện ở điều kiện:
- Lạnh 10-15oC , Ôn hòa 30-40oC , Nóng >45oC
• Nhóm vi khuẩn methane hóa
Methanobacterium,
Methanothrix,

Methanococcus,

Methanosarina


2. CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY KỴ KHÍ (tt)
 Giai đoạn 4: Methane hóa (tt)


3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
a. Nhiệt độ
•

Vùng nhiệt độ ấm – trung bình: 20-45 (oC)

•

Vùng nhiệt độ cao – nóng: 45-65 (oC)

•

Vùng nhiệt độ thấp – lạnh 10-15 (oC)

•

Nhiệt độ < 10 (oC) vi khuẩn tạo metan hầu như không hoạt

động
•

Nhiệt độ tối ưu: 35 (oC)

b. pH
•

Khoảng tối ưu pH = 6,5 – 8,5


3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG (tt)
c. Chất dinh dưỡng

•

Tỉ lệ COD:N:P = 350:5:1
d. Chất độc

•

O2,

•

Một số dẫn xuất của metan (CCl4, CHCl3, CH2Cl2),

•

Các kim loại nặng (Cu, Ni, Zn…)

•

Các chất có tính oxy hóa mạnh: thuốc tím, ozone…


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ (tt)
4.1 Bể tiêu hủy yếm khí: bể mêtan
- Được xây bằng bê tông
cốt thép hình trụ, đáy và
nắp hình nón.
- Được sử dụng để phân
hủy cặn lắng từ bể lắng

1 , bể lắng 2 và bùn bùn
hoạt tính dư của
xử lý nước thải

trạm


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ

4.2 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket
(Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên )
 Là bể xử lý với lớp bùn dưới đáy, có
hệ thống tách và thu khí, nước ra ở
phía trên.


Khi nước thải được phân phối từ

phía dưới lên sẽ đi qua lớp bùn, các
vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao trong
bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có

trong nước thải. Bên trong bể UASB
có các tấm chắn có khả năng tách
bùn bị lôi kéo theo nước đầu ra.


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 Ưu điểm:
• Xử lý các loại nước thải có nồng độ ô nhiễm hữu cơ rất cao, BOD=

15000mg/l.
• Hiệu suất xử lý COD có thể đến 80%.
• Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống

 Ứng dụng:
• Xử lý các loại nước thải : thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm

đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột…


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 Lượng COD cần khử trong một ngày:

G=Q*10-3*(So-S) (kg/ngày)
 Dung tích phần xử lý kỵ khí cần thiết:
V1 = G/a (m3)

• a – tải trọng khử COD của bể (kgCOD/m3.ngày)
 Diện tích cần thiết của bể:

F = Q/v (m2)
• v – vận tốc nước đi lên trong bể (m/h)


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 Chiều cao phần xử lý kỵ khí của bể:

H1=V1/F (m)
 Chiều cao tổng cộng của bể:
H =H1 + H2 + H3 (m)
• H2 – chiều cao vùng lắng của bể, chọn H2 = 1,2 (m)

• H3 – chiều cao dự trữ, chọn H3 = 0,3 (m)
 Thời gian lưu nước trong bể:
t = V/Q (h)

• V – thể tích của bể (m3)


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 Lượng khí sinh ra trong bể tương đương:
0,5 m3/1kg COD loại bỏ
• Thể tích khí sinh ra trong một ngày:

Vkk = 0,5*G (m3/ngày)
 Lượng khí CH4 sinh ra trong một ngày:

0,35 m3/1kg COD loại bỏ
• Thể tích khí CH4 sinh ra trong ngày:

VCH4 = 0,35*G (m3/ngày)
 Hay:

VCH4 = (70-80)%*Vkk (m3/ngày)


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 Lượng bùn sinh ra trong bể :
Mbùn = (0,05-0,1)kg/1kgCOD loại bỏ
• Thể tích bùn sinh ra trong một ngày:

𝑽𝒃ù𝒏 =

𝑴𝒃ù𝒏

(m3/ngày)
𝟐𝟔𝟎

 Thời gian xả bùn: (1-3) tháng/lần
• Lượng bùn xả ra:

𝑸𝒙ả 𝒃ù𝒏 =

𝑽𝒃ù𝒏
(m3/h)
𝒕𝒙ả 𝒃ù𝒏


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)
 VD 1: Tính toán bể UASB để xử lý nước thải cho nhà máy chế
biến thủy sản có công suất 200 (m3/ngày).
• COD đầu vào 2000 (mg/l)
• Tải trọng khử COD của bể 8(kgCOD/m3.ngày)
• Vận tốc nước dâng lên trong bể 0,9 (m/h)
• Sau xử lý COD còn lại 500 (mg/l)
Xác định:
• Thể tích phần xử lý yếm khí?

• Chiều cao phần xử lý yếm khí?
• Thời gian lưu nước trong bể?


4.CÁC CÔNG TRÌNH SINH HỌC KỴ KHÍ
4.1 Bể UASB: Upflow anaerobic sludge blanket (tt)

 VD 2: Tính toán bể UASB để xử lý nước thải có công suất 300
(m3/ngày).
• COD đầu vào 500 (mg/l)
• Hiệu suất xử lý đạt 65%
• Vận tốc nước dâng lên trong bể 0,781 (m/h)
Xác định:
• Nồng độ COD còn lại sau xử lý?
• Thể tích khí CH4 sinh ra trong một ngày?

• Thể tích bùn sinh ra trong 3 tháng?
• Chọn thời gian xả bùn 2h, tính lưu lượng bùn xả?