Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng chảy ngược với chất mang hạt pva gel xử lý nước thải thủy sản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

----------------------------

LÊ THỊ CẨM CHI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỂ PHẢN ỨNG KỴ KHÍ
DỊNG CHẢY NGƯỢC VỚI CHẤT MANG
HẠT PVA - GEL XỬ LÝ NƯỚC THẢI THUỶ SẢN
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
TS. NGUYỄN NHƯ
Cán bộ chấm nhận xét 1:...............................................................................................
SANG
TS. BÙI XUÂN THÀNH
Cán bộ chấm nhận xét 2:...............................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM
10
08
ngày…..tháng…..năm

2011
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC
2. TS. HÀ DƯƠNG XUÂN BẢO
3. TS. NGUYỄN NHƯ SANG
4. TS. BÙI XUÂN THÀNH
5. TS. LÊ HOÀNG NGHIÊM
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Bộ môn quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

Bộ môn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp. HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ THỊ CẨM CHI

Phái: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 1982

Nơi sinh: Hậu Giang

Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường

MSHV: 09250496

I – TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình bể phản ứng dịng chảy ngược
với chất mang hạt PVA gel xử lý nước thải thuỷ sản
II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu khả năng xử lý COD trong nước thải chế biển thuỷ sản ứng dụng
mơ hình bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với giá thể là hạt PVA-gel
theo các tải trọng khác nhau: 1; 3; 5; 7; 12; 15; 20 kgCOD/m3.ngày.
- Đánh giá sinh khối dính bám trên hạt PVA gel.
III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 09/2010
IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2011
V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. LÊ HỒNG NGHIÊM
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NGÀNH

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN NGÀNH

KHOA

QL

CHUYÊN

LỜI CẢM ƠN
Trong q trình thực hiện và hồn thành luận văn, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ
và động viên của gia đình, thầy cơ và bạn bè.
Trước hết tơi xin chân thành cảm ơn thầy Lê Hồng Nghiêm đã tận tình hướng
dẫn và truyền đạt kinh nghiệm cho tơi trong q trình nghiên cứu. Xin cảm ơn các
thầy cô khoa Môi trường đã trang bị cho tôi những kiến thức quý báu và bổ ích
trong thời gian học tập tại trường.
Bên cạnh đó, tơi cảm ơn các thầy cơ và bạn bè trong phịng thí nghiệm Mơi
trường đã giúp đỡ tơi trong q trình nghiên cứu.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè –
những người luôn động viên và giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập và nghiên
cứu.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 07 năm 2011
Học viên thực hiện

Lê Thị Cẩm Chi


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong các bể phân huỷ kỵ khí tải trọng cao thì FBBR (fluidized bed biological
reactor) có ưu điểm là nước thải đầu ra đạt chất lượng cao, thường cao hơn các q
trình kỵ khí tải trọng cao khác. Hạt PVA gel là chất mang có lỗ rỗng thích hợp cho
vi sinh sống dính bám và khả năng thích nghi nhanh khi đã hình thành được lớp
màng vi sinh. Chính vì vậy nghiên cứu ứng dụng mơ hình bể FBBR sử dụng chất
mang là hạt PVA gel (đã có lớp biomass mỏng dính bám) xử lý nước thải chế biến
thuỷ sản được tiến hành để đánh giá hiệu suất loại bỏ COD của nước thải chế biến

thuỷ sản và đánh giá sinh khối dính bám lên hạt PVA gel.
Bể FBBR kỵ khí được khởi động ở tải trọng hữu cơ là 1 kgCOD/m3.ngày ứng
với HRT 12.9 giờ; rồi tăng lên 3; 5; 7 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 10.2 giờ; 12
kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 6.1 giờ; 15; 20 kgCOD/m3.ngày ứng với HRT 4.9
giờ, đạt hiệu suất loại bỏ COD trung bình của 10 ngày cuối của mỗi tải trọng
khoảng 88 ÷ 91%. Hơn 129 ngày vận hành, ở tải trọng hữu cơ 20 kgCOD/m3.ngày
thì hiệu suất loại bỏ COD là 91.8 ± 2.1%. Giá trị pH, độ kiềm đầu ra tăng so với đầu
vào. Lưu lượng bơm tuần hồn dao động trong khoảng 210 ÷ 960 L/giờ tuỳ theo
từng tải trọng khác nhau.
Hạt PVA gel có cấu trúc có lỗ rỗng, vận tốc lắng trung bình 200 m/giờ là chất
mang có hiệu quả trong bể phân huỷ kỵ khí FBBR xử lý COD của nước thải chế
biến thuỷ sản. Ở cuối tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày, hàm lượng sinh khối dính bám
trên hạt PVA gel là 1.57 mgVS/hạt PVA gel, 1.79 mgTS/hạt PVA gel và tỉ lệ
VS/TS của sinh khối dính bám là 0.87 chứng tỏ hạt PVA gel là một giá thể thích
hợp cho các vi sinh kỵ khí phát triển và tồn tại độc lập lớn; tỉ lệ F/M là 2.06
gCOD/gTS.ngày và tốc độ sử dụng chất nền U là 1.86.


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

ABSTRACT
FBBR (fluidized bed biological reactor) – one of high rate anaerobic processes –
has one of advantages is high-quality effluent achievable, often better than other
high-rate processes. PVA gel beads are biocarriers with a porous microstructure that
is well suited for retention of bacteria. Thus, PVA gel beads (had thin attached
biomass) were used in this study as a biocarrier in a lab-scale anaerobic fluidized
bed biological reactor treating aqua product wastewater with the aim of evaluating
COD removal efficiencies and attached biomass of PVA gel beads.
The reactor was started with an organic loading rate (OLR) 1 kgCOD/m3.day

and an HRT 12.9 h. Then the OLR was increased to 3; 5; 7 kgCOD/m3.day (HRT
10.2 h); 12 kgCOD/m3.day (HRT 6.1 h) and 15; 20 kgCOD/m3.day (HRT 4.9 h)
with COD removal efficiencies 88 ÷ 91 %. Over 129 days of operation, the OLR
was increased to 20 kgCOD/m3.day with an influent COD of about 4 g/L at an HRT
of 4.9 h with COD removal efficiencies of about 91.8% ± 2.1%. The volume of
PVA gel beads in the FBBR are about 20% of the total volume FBBR. Alkalinity,
pH of effluent wastewater was higher than influent wastewater. Flow rate of
recirculation (range 210 – 900 L/h) depended on other organic loading rates.
PVA gel beads had porous microstructure and an average settling velocity 200
m/h that was well suited to be biocarrier in FBBR for aqua product wastewater
treatment. By the end of OLR 20 kgCOD/m3.day, attached biomass of PVA gel was
about 1.57 mgVS/PVA gel bead, 1.79 mgTS/ PVA gel bead and VS/TS of attached
biomass 0.87; F/M ratio was 2.06 gCOD/gTS.day and substrate utiliztion rate U
1.86. It showed that PVA gel beads are suitable for retention bacteria.


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC...............................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................vii
ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................................1

1.

TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..................................................................1

2.

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................2

3.

Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI .......................................................2

4.

PHẠM VI – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN..........................................................4
1.1. Tổng quan về nước thải chế biến thuỷ sản ......................................................4
1.2. Tổng quan về q trình phân huỷ kỵ khí ......................................................... 6
1.2.1. Q trình phân huỷ kỵ khí............................................................................. 6
1.2.2. Các yếu tố cần quan tâm trong q trình phân hủy kỵ khí ...........................12
1.3. Tổng quan về các q trình kỵ khí tải trọng cao..............................................22
1.3.1. Bể tiếp xúc kỵ khí (AC) ................................................................................23
1.3.2. Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB).................................................24
1.3.3. Bể lọc kỵ khí (AF) ........................................................................................26
1.3.4. Bể UASB và lọc kỵ khí lai hợp.....................................................................27
1.3.5. Bể có lớp màng cố định tĩnh có dịng chảy từ trên xuống ............................28
1.3.6. Bể kỵ khí đệm giãn nỡ ..................................................................................28
1.4. Tình hình nghiên cứu về hạt poly vinyl alcohol (PVA-gel) trong xử lý nước
thải ..........................................................................................................................31

i


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................37
2.1 Vật liệu nghiên cứu..........................................................................................3 7
2.1.1 Bùn kỵ khí sử dụng trong nghiên cứu và nước thải đầu vào ..........................37
2.1.2 Vật liệu dính bám ............................................................................................3 7
2.2 Mơ hình thiết bị nghiên cứu.............................................................................38
2.3 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................40
2.4 Phương pháp phân tích ....................................................................................42
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................44
3.1. Chế độ vận hành ..............................................................................................44
3.2. Kết quả vận hành thí nghiệm ...........................................................................45

3.2.1 Kết quả thí nghiệm thích nghi.......................................................................4 9
3.2.2 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày........................................50
3.2.3 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày........................................54
3.2.4 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày........................................58
3.2.5 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày......................................62
3.2.6 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày......................................66
3.2.7 Kết quả thí nghiệm ở tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày......................................70
3.2.8 Hiệu suất loại bỏ COD của toàn bộ quá trình nghiên cứu ............................7 4
3.2.9 Sự biến đổi hàm lượng VFA theo chiều cao của cột mơ hình ......................76
3.2.10 Khí sản sinh trong q trình nghiên cứu .......................................................77
3.2.11 Màng vi sinh dính bám .................................................................................78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................86

PHỤ LỤC ................................................................................................................88

ii


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Q trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí..........................8
Hình 1.2. Sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình sinh học kỵ khí ..........................12
Hình 1.3. Q trình tiếp xúc kỵ khí .........................................................................23
Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo của một bể phản ứng UASB .............................................25
Hình 1.5. Bể lọc kỵ khí............................................................................................27
Hình 1.6. Bể UASB/AF lai hợp...............................................................................27
Hình 1.7. Bể có lớp màng cố định tĩnh có dịng chảy từ trên xuống.......................28
Hình 1.8. Bể kỵ khí đệm giãn nở (FB/EB)..............................................................29
Hình 1.9. Hạt PVA-gel trước khi sử dụng 1 tháng...............................................32
Hình 1.10. Hạt PVA-gel sau khi sử dụng 1 tháng..................................................32
Hình 1.11. Bề mặt hạt PVA gel chụp từ kính hiển vi điện tử ................................32
Hình 1.12. Bể AFB..................................................................................................35
Hình 2.1. Hạt PVA gel ............................................................................................37
Hình 2.2. Mơ hình thí nghiệm .................................................................................38
Hình 2.3. Mơ hình FBBR trong phịng thí nghiệm .................................................39
Hình 2.4. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu...............................................................41
Hình 3.1. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng thích nghi (1 kgCOD/m3.ngày) ........49
Hình 3.2. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày............................50
Hình 3.3. Sự thay đổi pH ở tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày ........................................51
Hình 3.4. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày ................................52

Hình 3.5. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày............................53
Hình 3.6. Sự thay đổi TP trong tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày ..................................53
Hình 3.7. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày...............................54
Hình 3.8. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày............................54
Hình 3.9. Sự thay đổi pH ở tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày ........................................55
Hình 3.10. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày ..............................56
Hình 3.11. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày..........................56

iii


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản
Hình 3.12. Sự thay đổi TP trong tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày ................................57
Hình 3.13. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 5 kgCOD/m3.ngày.............................58
Hình 3.14. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày..........................58
Hình 3.15. Sự thay đổi pH ở tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày ......................................59
Hình 3.16. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày ..............................60
Hình 3.17. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày..........................60
Hình 3.18. Sự thay đổi TP trong tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày ................................61
Hình 3.19. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 7 kgCOD/m3.ngày.............................61
Hình 3.20. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày........................62
Hình 3.21. Sự thay đổi pH ở tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày ....................................63
Hình 3.22. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày ............................64
Hình 3.23. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày........................64
Hình 3.24. Sự thay đổi TP trong tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày ..............................65
Hình 3.25. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 12 kgCOD/m3.ngày...........................66
Hình 3.26. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày........................66
Hình 3.27. Sự thay đổi pH ở tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày ....................................67
Hình 3.28. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày ............................68

Hình 3.29. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày........................68
Hình 3.30. Sự thay đổi TP trong tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày ..............................69
Hình 3.31. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 15 kgCOD/m3.ngày...........................69
Hình 3.32. Hiệu suất loại bỏ COD ở tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày........................70
Hình 3.33. Sự thay đổi pH ở tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày ....................................71
Hình 3.34. Sự thay đổi độ kiềm ở tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày ............................71
Hình 3.35. Sự thay đổi N-NH3 trong tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày........................72
Hình 3.36. Sự thay đổi TP trong tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày ..............................73
Hình 3.37. Sự thay đổi TKN trong tải trọng 20 kgCOD/m3.ngày...........................73
Hình 3.38. Hiệu suất loại bỏ COD của quá trình nghiên cứu..................................74
Hình 3.39. Sự tương quan giữa hiệu suất loại bỏ COD và tải trọng hữu cơ cho cả
quá trình nghiên cứu.................................................................................................74

iv


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

Hình 3.40. Biến thiên nồng độ VFA theo chiều cao của mơ hình ..........................76
Hình 3.41. Mối quan hệ giữa tải trọng hữu cơ loại bỏ và lượng khí sinh ra ...........77
Hình 3.42. Mối quan hệ giữa hiệu suất loại bỏ COD và sản lượng khí ..................78
Hình 3.43. Các hạt PVA gel ở cuối mỗi tải trọng nghiên cứu ................................79
Hình 3.44. Sự tương quan giữa tỉ lệ VS/TS của sinh khối dính bám và hiệu suất
loại bỏ COD .............................................................................................................81
Hình 3.45. Mối quan hệ giữa sản lượng khí và sinh khối dính bám tính theo VS .81

v

Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang
Bảng 1.1. Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thuỷ sản ..................5
Bảng 1.2. Kết quả vận hành q trình kỵ khí tải trọng cao đặc trưng .....................23
Bảng 1.3. Tải trọng thiết kế bể UASB ở các nhiệt độ khác nhau............................25
Bảng 1.4. Các thông số thiết kế bể UASB đối với các loại nước thải khác nhau ...26
Bảng 1.5. Các điều kiện vận hành trong bể FB kỵ khí ............................................31
Bảng 1.6. Các điều kiện sử dụng trong suốt q trình vận hành mơ hình UASB ...34
Bảng 2.1. Các thơng số kỹ thuật của hạt PVA-gel .................................................38
Bảng 2.2. Kích thước thiết bị phản ứng...................................................................40
Bảng 2.3. Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu tại phịng thí nghiệm .............42
Bảng 3.1. Lưu lượng bơm tuần hồn ở mỗi tải trọng nghiên cứu ...........................45
Bảng 3.2 Các thông số vận hành qua các tải trọng hữu cơ nghiên cứu...................45
Bảng 3.3. Các thơng số vận hành trong q trình thí nghiệm .................................47
Bảng 3.4. Các thơng số vận hành trong q trình thí nghiệm .................................48
Bảng 3.5. Hàm lượng sinh khối dính bám lên hạt PVA gel ở cuối mỗi tải trọng ...80
Bảng 3.6. Kết quả phân tích lớp màng vi sinh bám trên giá thể PVA gel...............82

vi


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải thuỷ sản

CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu ôxi sinh học

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi hoá học

F/M

Food/microorganism

Tỉ lệ thức ăn/vi sinh

HRT

Hydraulic retention time

Thời gian lưu nước

SRT

Sludge retention time

Thời gian lưu bùn

OLR

Organic Loading rate

Tải trọng hữu cơ

VSS

Volatile suspended solids

Chất rắn bay hơi

SS

Suspended solids

Chất rắn lơ lửng

TS

Total solids

Tổng chất rắn

TKN

Total Nitrogen Kjedahl

Tổng nitơ Kjedahl

VFA

Volatile Fatty Acids

Axít béo bay hơi

LCFA

Long Chain Fatty Acids

Axít béo mạch dài

MLSS

Mixed Liqour Suspended Solids

Hàm lượng bùn bay hơi

MLVSS

Mixed Liqour Volatile Suspended Solids Hàm lượng bùn lơ lửng

UMBR

Upflow Multi-layer Bioreactor

FBBR

Fluidized Bed Biological Reactor

PVA gel

Poly Vinyl Alcohol gel

AD

Anaerobic Digestion

Phân huỷ kỵ khí

FA

Free Ammonia

Ammonia tự do

TAN

Total Ammonia Nitrogen

Tổng nitơ ammonia

AC

Anaerobic Contact

Tiếp xúc kỵ khí

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

AF

Anaerobic Filter

Bể lọc kỵ khí

AFB

Anaerobic Fluidized Bed reactor

Bể giá thể giãn nỡ kỵ khí

DSFF

Downflow Stationary Fixed Film

Bể có lớp màng cố định

Bể sinh học đệm giãn nỡ

tĩnh với dòng chảy từ trên xuống
FB/EB

Fluidized Bed/Expanded Bed

vii


Nghiên cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA

gel xử lý nước thải thuỷ sản

PAOs

Phosphorous Accumulating Organisms

Vi sinh vật tích luỹ

photpho

viii


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

1.

ðẶT VẤN ðỀ
2.

1. TÍNH CẦN
CẦN THIẾT CỦA ðỀ TÀI
TÀI
Nước là nguồn gốc của sự sống cho tất cả các lồi sinh vật trên trái đất. Nước
chiếm gần 70% trọng lượng của cơ thể con người nên nước là một trong những nhu
cầu thiết yếu ñể ñảm bảo sự sống của con người nói riêng và của sinh vật nói chung.
Tất cả các hoạt động sống của con người ñều phải sử dụng nước ñể sản xuất và sinh
hoạt. Ở nước ta, cùng với sự gia tăng dân số và sự phát triển công nghiệp ô nhiễm
môi trường ngày càng gia tăng.

Vấn đề ơ nhiễm hữu cơ do các ngành chăn ni chế biến thuỷ sản đang phát
triển ở ðồng Bằng Sơng Cửu Long ngày càng được quan tâm nhiều hiện nay, hệ
thống xử lý nước thải của các nhà máy chế biến thuỷ sản chủ yếu dựa trên công
nghệ xử lý truyền thống là bể bùn hoạt tính. Bể này địi hỏi tiêu tốn nhiều năng
lượng cho q trình vận hành và chỉ chịu được tải trọng thấp. Trong khi đó q
trình cơng nghiệp hố, đơ thị hố, gia tăng dân số đang ngày càng tăng làm phát
sinh một lượng nước thải ngày càng lớn nếu khơng xử lý thích hợp trước khi thải ra
các nguồn tiếp nhận thì sẽ gây ơ nhiễm mơi trường rất nghiêm trọng. Phần lớn nước
thải từ ngành công nghiệp chế biến thuỷ sản có hàm lượng chất hữu cơ cao. ðiều
này làm cho các công nghệ xử lý nước thải bằng hệ thống bùn hoạt tính tiêu tốn
nhiều năng lượng trong khi đó nước ta là một nước đang phát triển nên cần tiết kiệm
năng lượng ñể phục vụ cho phát triển kinh tế. Các công nghệ phân huỷ kỵ khí là
những cơng nghệ có thể tiết kiệm được năng lượng mà cịn tạo ra khí sinh học cung
cấp năng lượng trở lại cho hệ thống xử lý nước thải. Việc vận hành các bể phản ứng
kỵ khí địi hỏi thời gian thích nghi rất lâu và khó khăn trong việc hình thành bùn hạt
để q trình phân huỷ sinh học trong bể xảy ra tốt. Việc sử dụng một chất mang ñể
giúp cho vi sinh phát triển tốt xảy ra nhanh hơn tạo bùn hạt khơng có chất mang. ðề
tài: “Nghiên cứu
cứu ứng dụng bể phản ứng kỵ khí dòng
dòng chảy
chảy ngư
ngược với chất mang hạt

PVAPVA-gel xử
xử lý nư
nước thải chế biến thuỷ sản.
sản.” được thực hiện nhằm góp phần tìm ra

1

Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

giải pháp khử các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải chế biến thuỷ sản một
cách hiệu quả là cần thiết.
2. MỤC TIÊU
TIÊU VÀ NỘI
NỘI DUNG NGHIÊN
NGHIÊN CỨU
CỨU
Mục tiêu
tiêu nghiên
nghiên cứu
cứu của ñề tài
tài
ðề tài được thực hiện nhằm đạt mục tiêu chính là nghiên cứu hiệu quả xử lý
COD của bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA-gel
(polyvinyl alcohol) theo các tải trọng khác nhau ñối với nước thải chế biến thuỷ sản.
Nội dung nghiên
nghiên cứu
cứu của ñề tài
tài
ðề tài tập trung vào các nội dung chính sau ñây:
-

Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải chế biến thuỷ sản ñang ñược áp
dụng.

-

Thiết lập và nghiên cứu mơ hình bể phản ứng kỵ khí dịng chảy ngược với
chất mang hạt PVA-gel.

-

Nghiên cứu khả năng xử lý COD trong nước thải chế biển thuỷ sản với giá
thể PVA-gel theo 1 tải trọng thích nghi (1kgCOD/m3.ngày) và 6 tải trọng là
3; 5; 7; 12; 15; 20 kgCOD/m3.ngày.

-

Bước ñầu ñề xuất các thơng số vận hành (HRT, OLR, pH) thích hợp cho các
bể phản ứng kỵ khí sử dụng giá thể PVA-gel khi áp dụng thực tế.

-

ðánh giá sinh khối (tính theo SS, VSS) dính bám trên hạt PVA gel.

3. Ý NGHĨA
NGHĨA VÀ
VÀ TÍNH MỚI
MỚI CỦA ðỀ TÀI
TÀI
Hiện nay có nhiều nghiên cứu về bể phản ứng dùng quá trình phân huỷ kỵ khí
và kỵ khí kết hợp để xử lý các loại nước thải khác nhau và trong các bể phản ứng kỵ
khí đó có các vật liệu làm giá thể với các hình dạng và kích thước khác nhau. Tuy
nhiên việc sử dụng vật liệu hạt PVA-gel thì hiện đang có đề tài dùng hạt PVA-gel
để xử lý nước thải mủ cao su. Sử dụng hạt PVA-gel làm giá thể trong bể phản ứng
kỵ khí xử lý nước thải chế biến thuỷ sản là hoàn toàn mới.

Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban ñầu ñánh giá hiệu quả xử lý của bể phản ứng
kỵ khí đối với nước thải chế biến thuỷ sản, và khả năng áp dụng của bể phản ứng kỵ

2


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

khí có chất mang hạt PVA-gel ñối với các loại nước thải công nghiệp thực phẩm có
chứa hàm lượng chất hữu cơ cao.
Xem xét khả năng thích nghi của vi sinh đã dính bám trên giá thể hạt PVA-gel
trong môi trường nước thải chế biến thuỷ sản, góp phần nhận diện một loại giá thể
mới trong việc sử dụng bùn hạt kỵ khí có chất mang là hạt PVA gel trong xử lý
nước thải chế biến thuỷ sản, giúp rút ngắn thời gian khởi ñộng cho các hệ thống xử
lý kỵ khí sử dụng bùn hạt có chất mang, tăng khả năng ứng dụng thực tiễn của các
bể phản ứng kỵ khí FBBR (fluidized bed biological reactor).
4. PHẠM
PHẠM VI – GIỚI
GIỚI HẠN CỦA ðỀ
ðỀ TÀI
TÀI
• Thí nghiệm được tiến hành trên quy mơ phịng thí nghiệm tại Phịng thí
nghiệm của Khoa Mơi trường- ðại học Bách Khoa TP. HCM.
• Nước thải được lấy từ chợ đầu mối tại TP. HCM.

• ðánh giá khả năng xử lý COD của bể phản ứng kỵ khí với 7 tải trọng : 1 (tải
trọng thích nghi) ; 3; 5; 7; 12; 15; 20 kgCOD/m3.ngày.
• Mơ hình thí nghiệm được vận hành trong điều kiện bình thường : nhiệt độ
ngồi trời.

3


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về
về nước
ước thải
thải chế
chế biế
biến thuỷ sản
sản
Ngành chế biến thuỷ sản là ngành tiêu thụ nhiều nước nhất trong cơng nghiệp
dao động từ 40 – 114 m3/tấn thành phẩm, lượng nước thải trung bình là 70 – 120 m3
nước thải/tấn sản phẩm và gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Quá trình tiêu
thụ nước chủ yếu ở các cơng đoạn sản xuất như rửa ngun liệu, rửa thiết bị, sàn
làm việc, … . Hơn 80% tổng nhu cầu nước được tiêu thụ trong cơng đoạn chế biến
và vệ sinh thiết bị, nhà xưởng. Nước thải sinh ra trong quá trình chế biến thuỷ sản
chứa khối lượng lớn các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ,…
Lưu lượng nước thải phụ thuộc vào các công ñoạn chế biến, quy mô sản xuất
(Nguyễn Trọng Lực, 2008).
Nước thải chế biến thuỷ sản đặc trưng bởi các thơng số ô nhiễm như: mùi, SS,
BOD5, COD, pH, tổng N, tổng P, coliform. Trong đó, NH4-N là thành phần chủ yếu
chiếm 78 – 99%. Theo Sở Khoa học Công nghệ Mơi trường (1998) nước thải ngành
chế biến thuỷ sản có BOD5 trung bình trong khoảng 1200 – 1800 mg/L, COD là 500
– 3000 mg/L, SS là 150 – 200 mg/L, tổng Nitơ từ 70 – 110 mg/L, tổng P là 10 –

100mg/L (Nguyễn Trọng Lực, 2008).
Thành phần nước thải chế biến thuỷ sản chênh lệch rất lớn giữa các quy trình
chế biến và nguồn ngun liệu chế biến (bảng 1.1).
Cơng nghệ chế biến thuỷ sản phụ thuộc nhiều vào nhu cầu thị trường xuất khẩu,
thời vụ thu hoạch, nguồn nguyên liệu, tình trạng ngun liệu đầu vào. Nên các nhà
máy ñược thiết kế ñể chế biến nhiều loại nguyên liệu khác nhau, làm tăng tính đa
dạng hố sản phẩm: cá đơng lạnh, mực ống, tơm đơng lạnh, tơm đóng hộp,… Các
nhà đầu tư dây chuyền cơng nghệ theo dạng dàn trãi, khơng đồng bộ, lạc hậu làm
ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, và làm tăng lượng nước thải ra ngồi mơi
trường.

4


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

Bảng 1.1 Thành phần nước thải từ các phân xưởng chế biến thuỷ sản
STT

Giá trị
trị

Chỉ
Chỉ tiêu
tiêu

Sò

Cá

Cá philê

Mực

6,35 – 6,41

6,01 – 6,38

6,32-6,5

6,43-6,5

700-850

138-640

543-620

208-300

1

pH

2

SS (mg/L)

3

COD (mg/L)

4.500-5.096

895-1.020

2.162-2.305

1.687-1.760

4

BOD5 (mg/L)

3.760-4.200

688-830

1.757-1.850

1.333-1.450

5

PO43- (mg/L)

28-35

29-42

16-25

39-45

6

Cl (mg/L)

500-700

40-85

20-35

60-125

7

N tổng (mg/L)

80-150

35-75

60-75

24-36

Nguồn: Nguyễn Trọng Lực (2008)

Cơng nghệ chế biến cịn mang tính thủ cơng hoặc bán thủ cơng, địi hỏi nhiều
cơng nhân phục vụ cho các cơng đoạn rửa, phân cỡ, bóc vỏ, lạng da, tách xương, …
Vì vậy, dẫn ñến tiêu hao nhiều nước và gia tăng lượng chất ơ nhiễm ra ngồi mơi
trường.
ðối với các mặt hàng đơng lạnh xuất khẩu qua các thị trường EU (European
Union) , Nhật, Mỹ ñược một số nhà máy ñầu tư các dây chuyền cơng nghệ tiên tiến,
đạt trình độ cơng nghệ tiên tiến trong khu vực và bước ñầu tiếp cận trình độ cơng
nghệ của thế giới, nên giảm được hao phí năng lượng và lượng nước sử dụng. Tuy
nhiên, số lượng này rất ít.
Trình độ cơng nghệ ở các nhà máy khơng đồng đều, có sự chênh lệch ở các vùng
miền trong cả nước.
Theo kết quả ñiều tra của Trung tâm công nghệ môi trường ENTEC
(Environmental Technology Center) năm 2005, lấy mẫu và khảo sát thực tế tại 50
cơ sở chế biến thuỷ sản toàn quốc cho thấy hầu hết các công nghệ xử lý nước thải
chế biến thuỷ sản là cơng nghệ xử lý sinh học hiếu khí (Nguyễn Trọng Lực, 2008).

5


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

1.2. Tổng quan về quá trình
trình phân huỷ
huỷ kỵ khí (Corne L., 2009)
1.2.1. Q trình phân huỷ
huỷ kỵ khí
Do nhu cầu về xử lý nước thải chi phí thấp trong cơng nghiệp thực phẩm và
khủng hoảng dầu mỏ thế giới, các hệ thống xử lý sử dụng các thiết bị phản ứng kỵ
khí được phát triển.

Q trình phân hủy kỵ khí đã được thực hiện thành công trên khắp thế giới trong
việc xử lý nhiều loại nước thải khác nhau có nguồn gốc cơng nghiệp và sinh hoạt.
So với các cơng nghệ hiếu khí truyền thống có khả năng ứng dụng thực tiễn, xử lý
nước thải kỵ khí có nhiều ưu điểm đáng chú ý:
•

Thiết kế đơn giản, thể tích cơng trình nhỏ, chiếm ít diện tích mặt bằng; cơng

trình có cấu tạo khá đơn giản và giá thành khơng cao; chi phí vận hành về năng
lượng thấp.
•

Thay thế nhu cầu năng lượng, năng lượng có ích được tạo ra từ sự hình thành

methane (CH4) (khoảng 13.5 MJ năng lượng từ CH4 trên mỗi kg COD đã xử lý).
•

Thể tích bùn dư phát sinh tương đối thấp (thấp hơn từ 5 ñến 10 lần so với các

q trình hiếu khí), bùn có khả năng tách nước cao và ổn định tốt. Hàm lượng chất
rắn khơ trong bùn kỵ khí dao động trong khoảng 2% (thiết bị phân hủy kỵ khí) đến
trên 8% (bể phản ứng lớp bùn kỵ khí UASB), so với 0.5 - 2% của bùn hiếu khí.
•

Khơng cần cung cấp nhiều chất dinh dưỡng như q trình hiếu khí.

•

Bùn thường được duy trì ổn ñịnh cả khi không ñược cấp dưỡng trong thời

gian dài mà khơng gây ra những tổn hại nghiêm trọng.
•

Các q trình kỵ khí có thể được áp dụng thực tiễn ở nhiều nơi và nhiều quy

mơ khác nhau. Tốc độ tải trọng thể tích rất cao (lên đến 20 - 35 kgCOD/m3.ngày) có
thể đạt được trong các hệ thống xử lý UASB hiện đại, nhờ đó tiết kiệm diện tích cho
hệ thống.
•

Q trình phân hủy kỵ khí có thể được tiến hành với các chi phí khá thấp do

đơn giản về mặt cơng nghệ và chi phí các bể phản ứng khơng cao, các bể phản ứng
này có thể vận hành với nhu cầu năng lượng nhỏ.
•

Xử lý nước thải kỵ khí có thể kết hợp với các phương pháp xử lý khác, với

6


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

các phương pháp này, các sản phẩm có ích như ammonia và sulphur có thể được tái
sinh.
Tuy nhiên, mặc dù có nhiều ưu điểm, q trình phân hủy kỵ khí khơng thể tạo ra
một biện pháp xử lý hồn chỉnh. Một số nhược điểm của q trình xử lý kỵ khí có
thể bao gồm:
•

ðộ nhạy cảm cao của các vi khuẩn methane hóa và các vi khuẩn acetate hóa

với nhiều loại độc chất khác nhau.
•

Sự ổn ñịnh của xử lý kỵ khí theo các lý thuyết thấp, trong quá khứ, nguyên

nhân chính là do thiếu tri thức cơ bản của những kỹ sư giám sát và người vận hành.
•

Thời gian khởi động chậm (thơng thường, ít nhất phải mất 3 - 5 tháng) của

các hệ thống quy mơ thực tế.
•

Có thể địi hỏi bổ sung thêm độ kiềm.

•

Khơng thể loại bỏ nitơ và photpho đạt u cầu xả thải. Khả năng xử lý các

loại chất dinh dưỡng (nitơ và photpho) thấp, đó có thể là do khả năng tạo sinh khối
chậm.
•

Nhạy cảm đối với ảnh hưởng bất lợi của nhiệt ñộ ñối với tốc ñộ phản ứng.

•

Q trình kỵ khí dễ bị rối loạn do độc chất.

•

Có khả năng sinh ra mùi và các chất gây ăn mòn.

Trong những năm 1960, tại Bellville và Nam Phi, các hệ thống quy mơ thực tế
đầu tiên được phát triển dựa trên cấu trúc bể lắng phân hủy DorrOliver ñể xử lý
nước thải tinh bột. Từ những năm 1970 cho đến nay, việc tìm ra các bể phản ứng
cao tải (tách biệt thời gian lưu nước khỏi thời gian lưu bùn) ñã làm tăng số lượng
các hệ thống kỵ khí do hiệu quả về chi phí xử lý. Các bể phản ứng kỵ khí này gồm
có: các bể phản ứng lớp bùn kỵ khí dịng chảy ngược (UASB); các bể phản ứng tiếp
xúc; các bể phản ứng màng vi sinh mở rộng (Microbial Film Expanded Bed MFEB) và các bể phản ứng màng sinh học.
Leslie Grady, C. P. JR (1999) Q trình phân hủy kỵ khí (Anaerobic DigestionAD) là một q trình tự nhiên, trong đó nhiều lồi vi khuẩn khác nhau cùng hoạt
động trong mơi trường thiếu oxi để chuyển hóa các chất hữu cơ thành khí sinh học

7


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

qua các phản ứng trung gian. Q trình phân hủy kỵ khí làm giảm các loại vi khuẩn
gây bệnh và các thành phần ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, đồng thời sinh khối
mới và khí sinh học được tạo ra. Bằng cách đó, q trình phân hủy sinh học có thể
được sử dụng như một công cụ giảm ô nhiễm và tạo ra năng lượng.
Quá trình phân hủy kỵ khí nước thải có nồng độ ô nhiễm cao thường diễn ra
theo các bước kế tiếp nhau và được tiến hành bởi 4 nhóm vi khuẩn dinh dưỡng. Các
nhóm vi khuẩn này thực hiện nhiệm vụ của mình trong mối quan hệ tương hỗ lẫn
nhau và hình thành nên một chuỗi thức ăn, trong đó sản phẩm cuối cùng là CH4 và

CO2. Những mối tương tác giữa các lồi khác nhau hay các nhóm vi khẩn khác
nhau là rất phức tạp do sự cạnh tranh về cơ chất diễn ra giữa các lồi hay các nhóm
vi khuẩn này. Các sản phẩm trung gian ñược tạo ra cũng có thể gây ảnh hưởng ức
chế trở lại quá trình sinh trưởng của vi khuẩn, thay đổi q trình trao ñổi chất hay
biến ñổi các sản phẩm cuối cùng của các loài vi khuẩn khác.
Theo Nguyễn Văn Phước (2007) q trình phân huỷ kỵ khí chất bẩn là q trình
diễn ra hàng loạt các phản ứng sinh hố rất phức tạp và có thể được mơ tả trên hình
1.1.
Chất hữu cơ phức tạp (Gluxit, Protein, Lipit)
Chất hữu cơ ñơn giản (ðường ñơn, Peptit,
Axit amin, Glixerin, Axit béo)
Các Axit béo dễ bay hơi (Propionic,
Butiric, Lactic …), Etanol …
H2, CO2

Axetat
CH4, CO2, H2O

Hình 1.1. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí
Phản ứng tổng qt của q trình có thể được viết:
Hợp chất hữu cơ + H2O → sinh khối + CH4 + CO2 + NH3

8


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

Giai ñoạn
ñoạn thủy phân:

Trong giai ñoạn này, các chất hữu cơ phức tạp ñược thủy phân thành những chất
đơn giản hơn (để có thể thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các
enzym ngoại bào của các vi khuẩn thủy phân (vi khuẩn lên men). Dưới tác dụng của
các loại men khác nhau do nhiều loài vi sinh vật tiết ra, các chất hữu cơ phức tạp
như Hidratcacbon, Protein, Lipit dễ dàng bị phân huỷ thành các chất hữu cơ ñơn
giản, dễ bay hơi như Etanol, các Axit béo như Axit Axetic, Axit Butyric, Axit
Propionic, Axit Lactic… và các khí CO2, H2 và NH3.
Giai đoạn
đoạn axit hóa:
Những hợp chất tạo ra trong giai ñoạn thủy phân vẫn quá lớn ñể ñược vi sinh vật
hấp thu nên cần ñược phân giải tiếp. Giai ñoạn này bắt ñầu bằng sự vận chuyển chất
nền qua màng ngồi tế bào xun qua thành đến màng trong rồi ñến tế bào chất với
sự tham gia của các protein vận chuyển. Ở đó các axit amin, đường đơn và axit béo
mạch dài ñều biến ñổi về các axit hữu cơ mạch ngắn hơn, một ít khí Hydro và khí
CO2, ... Giai đoạn này cịn có tên là giai ñoạn lên men.
Cơ chế axit hóa các axit béo và glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo) tương
ñối phức tạp, có thể tóm tắt như sau:
- Glycerin bị phân giải thành một số sản phẩm trung gian ñể tạo sản phẩm cuối
cùng. Sản phẩm trung gian vẫn song song tồn tại cùng sản phẩm cuối.
- Axit béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải phức tạp như sau:
Axit béo + CoA ↔ Acyl-CoA
Phản ứng hoạt hóa này được thực hiện nhờ enzym Acyl-CoA synthetaza nằm ở
màng trong tế bào vi khuẩn.
Acyl-CoA

Oxy hóa β

Acyl-CoA mạch ngắn hơn + Acetyl-CoA
Oxy hóa β lặp
lại liên tục

Acetyl-CoA + H2 + năng lượng tích lũy (ATP)
Axit acetic + CoA

9

(Acyl ký hiệu cho nhóm RCO-)


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

ðối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu là axit acetic.
ðối với các axit béo chứa số C lẻ, trong sản phẩm ngoài axit acetic là chủ yếu còn
chứa cả axit propionic.
Các axit béo chưa bão hịa được no hóa (ngay sau khi liên kết este được phân
cắt) trước khi trải qua q trình oxy hóa β.
Một số sản phẩm phụ của q trình như rượu, peroxit, các axit trung gian cũng
cơ thể ñược tạo thành từ các con đường khác (oxy hóa α, oxy hóa ω, ...) bởi một số
nhóm vi khuẩn và nấm.
Sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hơi thối do H2S, Indol, Scatol, Mecaptan…
ñược sinh ra và pH của mơi trường tăng dần lên.
Giai đoạn
đoạn acetat hóa:
Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của q
trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ axit acetic, do vậy các chất này cần ñược phân giải
tiếp thành những phân tử ñơn giản hơn nữa. Sản phẩm phân giải là axit acetic, khí
H2, CO2 được tạo thành bởi vi khuẩn acetat hóa:
CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2
CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2
CH3(CH2)2COO- (butyric) + 2H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2

ðặc ñiểm nổi bật của giai đoạn acetat hóa là sự tạo thành nhiều khí Hydro, mà
khí này ngay lập tức được vi sinh vật Metan ở giai ñoạn sau sử dụng như là chất nền
cùng với CO2. Mức ñộ phân giải các chất trong giai ñoạn này phụ thuộc rất nhiều
vào áp suất riêng phần của khí Hydro trong bể kỵ khí. Nếu vì lý do nào đó mà sự
tiêu thụ Hydro bị ức chế hay chậm lại, hydro tích lũy làm áp suất riêng phần của nó
tăng lên thì sự tạo thành nó (bởi vi khuẩn acetat hóa) sẽ giảm mạnh.
Trong khi acetat (sản phẩm giai đoạn acetat hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh
metan sử dụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải của
các axit béo bay hơi khác. Bản thân axit acetic ở nồng ñộ quá cao cũng gây pH thấp
và ảnh hưởng tốc độ phân giải axit béo bay hơi. Nói chung, pH và nhiệt ñộ tối ưu
của giai ñoạn này là 6,8 – 7,8 và 35 – 42oC.

10


Nghiên cứu ứng dụng bể phân huỷ kỵ khí dịng chảy ngược với chất mang hạt PVA
gel xử lý nước thải chế biến thuỷ sản

Giai ñoạn
ñoạn tạo Metan:
ðây là bước cuối cùng trong cả q trình phân giải kỵ khí tạo sản phẩm mong
muốn là khí sinh học với thành phần có ích là khí Metan bằng các tổ hợp các con
ñường sau.
Con ñường 1:
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Loại vi sinh vật Hydrogenotrophic Methanogen sử dụng cơ chất là hydro và
CO2. Dưới 30% lượng metan sinh ra bằng con ñường này.
Con ñường 2:
CH3COOH → CO2 + CH4
4CO + 2H2O → CH4 + 3CO2

Loại vi sinh vật Acetotrophic Methanogen chuyển hóa acetat thành metan và
CO2. Khoảng 70% lượng metan sinh ra qua con ñường này. Tuy nhiên, năng lượng
giải phóng từ con đường này nhỏ. CO2 giải phóng ra lại được khử thành Metan bằng
con đường 1. Chỉ có 1 số lồi vi sinh vật Metan sử dụng được cơ chất là cacbon
monoxit.
Con ñường 3:
CH3OH + H2 → CH4 + H2O
4(CH3)3-N + 6H2O → 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
Loại vi sinh vật Methylotrophic Methanogen phân giải cơ chất chứa nhóm
Metyl. Chỉ một lượng khơng đáng kể metan được sinh ra từ con ñường này.
Nhiều nghiên cứu trên các cơ chất hịa tan khác nhau trước đây đã cho thấy giai
đoạn này diễn tiến khá chậm chạp. Q trình lên men Metan có thể xảy ra ở hệ sinh
thái “lạnh” (10 -150C), ơn hồ (30 - 400C) và thậm chí ở hệ sinh thái nóng (> 450C).
Về hố sinh trong giai ñoạn lên men Metan tất cả các hợp chất hữu cơ phức tạp ñều
chuyển về sản phẩm cuối cùng là CO2, H2 và CH4 được mơ tả trên hình 1.1.
Một sự cân bằng COD được dùng để giải thích sự thay đổi COD trong suốt q
trình lên men. Thay vì oxi giải thích cho sự thay đổi COD, lượng COD mất đi trong
bể phân huỷ kỵ khí được giải thích bằng sự sản sinh ra khí metan. Bằng hố học

11