Công nghệ sinh học kỵ khí

Công nghệ sinh học kỵ khí Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí (anaerobic) tuy chỉ mới xuất hiện vào nửa cuối của thế kỷ 21 nhưng đã trở thành một công nghệ có nhiều ưu điểm hơn công nghệ xử lý sinh học hiếu khí (aerobic). Phương pháp này dựa trên cơ chế hoạt động của các vi sinh vật phát triển trong môi trường kỵ khí (không có oxy) để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng tăng lên, từ đó làm giảm COD, BOD trong nước thải. Hầu hết tất cả các dạng nước thải công nghiệp, với nồng độ chất độc hại không quá cao, thì hệ thống xử lý kỵ khí đều có thể sử dụng để xử lý. Hệ thống xử lý kỵ khí còn có hiệu suất xử lý cao đối với nước thải sinh hoạt và nước thải từ các cống rãnh. Hệ thống xử lý kỵ khí còn được áp dụng để xử lý bùn. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí Ở nhiều nước, xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí đã trở thành một hệ thống xử lý được áp dụng rộng rãi. So với hệ thống xử lý hiếu khí, nó có nhiều ưu điểm như sau: - Hệ thống xử lý kỵ khí tiêu thụ rất ít năng lượng trong quá trình vận hành. - Hệ thống xử lý kỵ khí là một hệ thống sản sinh ra năng lượng, vì trong quá trình phân hủy kỵ khí những hợp chất hữu cơ bị phân hủy sẽ chuyển thành khí methane. Mức độ sinh khí methane phụ thuộc vào tốc độ phân hủy COD đầu vào. - Sự hình thành bùn trong quá trình xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí thì thấp hơn nhiều bùn được tạo ra trong quá trình hiếu khí, dẫn đến việc giảm chi phí xử lý bùn thải. Lượng bùn kỵ khí dễ ổn định hơn và quá trình khử nước thực hiện cũng dễ hơn so với bùn hiếu khí. - Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống của công nghệ sinh học kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật hiếu khí. - Có khả năng chịu được tải trọng cao. - Một ưu điểm khác của hệ thống kỵ khí là bùn kỵ khí có thể bảo quản trong một thời gian dài (hơn 1 năm) mà không cần nuôi dưỡng bằng dưỡng chất. Hoạt tính của bùn vẫn giữ nguyên khi bùn được giữ ở nhiệt độ nhỏ hơn 15 o C. Do đó, có thể sử dụng lượng bùn dư của hệ thống này làm nhân cho hệ thống khác và giảm thời gian vận hành hệ thống. - Vốn đầu tư để xây dựng hệ thống xử lý kỵ khí không nhiều, diện tích sử dụng cho hệ thống không lớn và thời gian sử dụng dài hơn hệ thống hiếu khí là những ưu điểm nổi bậc của hệ thống xử lý kỵ khí. Bên cạnh những ưu điểm, hệ thống xử lý kỵ khí còn một số khuyết điểm như sau: - Vi khuẩn tạo khí methane có độ nhạy cao với một số chất hóa học nhất định. - Giai đoạn khởi động của hệ thống kỵ khí thường mất nhiều thời gian (6 - 12 tuần) bởi vì sự tăng trưởng chậm của vi khuẩn kỵ khí. - Khi xử lý nước thải có hợp chất chứa sunfur, quá trình xử lý kỵ khí thường tạo thành khí H 2 S với mùi hôi khó chịu. - Bản chất hóa học và vi sinh học của qúa trình phân hủy kỵ khí rất phức tạp. Do đó, còn thiếu những chuyên gia có khả năng thiết kế và vận hành hệ thống một cách có hiệu quả nên có nhiều hệ thống đã xây dựng nhưng hiệu suất xử lý thấp. Một số công nghệ xử lý kỵ khí đang được áp dụng: - Lọc kỵ khí – Anaerobic Filter; - Kỵ khí tiếp xúc; - UASB - Upflow Anaerobic Bludge Blanket; - EGSB - Expanded Granular Sludge Bed. một trong những công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng phổ biến hiện nay: UASB – Một trong những công nghệ xử lý nước thải theo phương pháp sinh học kỵ khí. 2. Công nghệ xử lý nước thải UASB - Upflow Anaerobic Bludge Blanket UASB là viết tắt của cụm từ Upflow Anaerobic Sludge Blanket, tạm dịch là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. UASB được thiết kế cho nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD đầu vào được giới hạn ở mức thấp nhất là 100mg/l; nếu SS>3000mg/l thì không thích hợp để xử lý bằng UASB. UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h). Cấu tạo của bể UASB thông thường bao gồm: hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng xử lý và hệ thống tách pha. Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này. Hệ thống tách pha phía trên bể làm nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí, tại đây thì các chất khí sẽ bay lên và được thu hồi, bùn sẽ rơi xuống đáy bể và nước sau xử lý sẽ theo máng lắng chảy qua công trình xử lý tiếp theo. Bể UASB dạng trụ đứng Điều kiện áp dụng UASB: - Bùn nuôi cấy ban đầu: nồng độ tối thiểu là 10 kg VSS/m 3 . Lượng bùn cho vào không nên nhiều hơn 60% thể tích bể. - Hàm lượng chất hữu cơ: COD 50.000mg/l thì cần pha loãng nước thải hoặc tuần hoàn nước thải đầu ra. - Chất dinh dưỡng: nồng độ nguyên tố N, P, S tối thiểu có thể tính theo biểu thức sau: (COD/Y) : N :P : S = (50/Y) : 5: 1 :1 Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải. Nước thải dễ acid hóa Y= 0,03, khó acid hóa Y= 0,15. - Hàm lượng cặn lơ lửng: nước thải có hàm lượng SS lớn không thích hợp cho mô hình này. SS > 3.000 mg/l khó phân hủy sinh học sẽ lưu lại trong bể sẽ ngăn cản quá trình phân hủy nước thải. - Nước thải chứa độc tố: UASB không thích hợp với loại nước thải có hàm lượng amonia > 2.000 mg/l hoặc hàm lượng sulphate > 500 mg/l. Khi nồng độ muối cao cũng gây ảnh hưởng xấu đến vi khuẩn methane. Khi nồng độ muối nằm trong khoảng 5.000 – 15.000 mg/l thì có thể xem là độc tố. - Hiệu suất của bể UASB bị phụ thuộc vào các yếu tố như: nhiệt độ, pH, các chất độc hại trong nước thải,… Bể UASB dạng khối hộp Ưu điểm nổi bật: - Không tốn nhiều năng lượng; - Quá trình công nghệ không đòi hỏi kỹ thuật phức tạp; - Tạo ra lượng bùn có hoạt tính cao nhưng lượng bùn sản sinh không nhiều, giảm chi phí xử lý; - Loại bỏ chất hữu cơ với lượng lớn, hiệu quả. Xử lý BOD trong khoảng 600 ÷ 15000 mg/l đạt từ 80-95%; - Có thể xử lý một số chất khó phân hủy; - Có thể thu hồi nguồn khí sinh học sinh ra từ hệ thống; Nhược điểm: - Cần diện tích và không gian lớn để xử lý chất thải; - Quá trình tạo bùn hạt tốn nhiều thời gian và khó kiểm soát. Phạm vi áp dụng: Ứng dụng cho hầu hết tất cả các loại nước thải có nồng độ COD từ mức trung bình đến cao: thủy sản fillet, chả cá Surimi, thực phẩm đóng hộp, dệt nhuộm, sản xuất bánh tráng, sản xuất tinh bột,… . Công nghệ sinh học kỵ khí Xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí (anaerobic) tuy chỉ mới xuất hiện vào nửa cuối của thế kỷ 21 nhưng đã trở thành một công nghệ có nhiều ưu điểm hơn công. bùn hiếu khí. - Yêu cầu về dinh dưỡng (N, P) của hệ thống của công nghệ sinh học kỵ khí thấp hơn hệ thống xử lý hiếu khí do sự tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật kỵ khí thấp hơn vi sinh vật. cống rãnh. Hệ thống xử lý kỵ khí còn được áp dụng để xử lý bùn. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí Ở nhiều nước, xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kỵ khí đã trở thành một hệ