L- uý về công chúng:
2.4 Cỏc phương phỏp xử lý kỵ khớ nước thả
Tổng quan
Cỏc quỏ trỡnh kỵ khớ cú thể xử lý nước thải cú nồng độ cỏc chất hữu cơ cao. Trong điều kiện khụng cú ụxy, cỏc vi khuẩn kỵ khớ sẽ phõn hủy và chuyển húa cỏc hợp chất hữu cơ thành cacbon điụxyt và mờtan (khớ sinh học). Trước đõy, quỏ trỡnh kỵ khớ được ỏp dụng để xử lý bựn cặn, cỏc chất thải hữu cơ, và nước thải cú nồng độ chất hữu cơ cao; Trong cỏc trạm xử lý nước thải đụ thị thường cú cỏc cụng trỡnh phõn hủy (bể mờtan) để xử ký kỵ khớ bựn cặn. Vấn đề thiếu năng lượng trong những năm 70 đó thỳc đẩy việc phỏt triển và ỏp dụng rộng rói cụng nghệ xử lý kỵ khớ phỏt sinh năng lượng. Sau đú, đó cú nhiều nghiờn cứu thực nghiệm và nghiờn cứu ứng dụng được tiến hành, cỏc kỹ thuật xử lý kỵ khớ nước thải ngày càng được cải tiến và kết quả là làm giảm đỏng kể thời gian lưu bựn trong cỏc cụng trỡnh xử lý kỵ khớ. Ngày nay, xử lý sinh học kỵ khớ cũn được ỏp dụng để xử lý nước thải cú nồng độ chất hữu cơ trung bỡnh và thấp như nước thải sinh hoạt.
Vào năm 1896 việc ứng dụng quỏ trỡnh phõn hủy kỵ khớ đó được thực hiện đầu tiờn tại nước Anh để sản xuất ra khớ mờtan thắp sỏng đường phố. Sau chiến tranh thế giới thứ hai, cụng nghệ xử lý kỵ khớ đó phỏt triển rẩt nhanh, giữa năm 1950, bể phản ứng tiếp xỳc kỵ khớ xuất hiện. Phỏt minh quan trọng này trong xử lý kỵ khớ cho phộp kộo dài thời gian lưu bựn (SRT) hơn thời gian lưu nước (HRT) trong bể phản ứng. Cuối những năm 1960, Yong và McMarty đó phỏt minh ra bể lọc kỵ khớ (AF). Vào cuối những năm 1970, Lettinga và cỏc đồng nghiệp của ụng tại trường đại học nụng nghiệp Hà Lan đó phỏt minh ra bể xử lý sinh học dũng chảy ngược qua tầng bựn kỵ khớ (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB), cụng nghệ xử lý kỵ khớ nước thải này đang được ứng dụng rộng rói nhất hiện nay. Cụng nghệ xử lý bằng AF và UASB đó thỳc đẩy sự phỏt triển của cỏc kỹ thuật xử lý kỵ khớ tốc độ cao, xõy dựng lý thuyểt về phỏt triển làm giàu vi sinh vật trong bựn nhằm mục đớch tăng cường hiệu quả hũa trộn và tiếp xỳc giữa nước thải và bựn. Bể phản ứng kỵ khớ tuần hoàn và tầng bựn hạt gión nở (EGSB) là những vớ dụ điển hỡnh nhất.
Cơ chế lờn men kỵ khớ
Sự chuyển húa cỏc hợp chất cao phõn tử thành khớ sinh học đũi hỏi sự tỏc động của một vài nhúm vi sinh vật. Quỏ trỡnh phõn hủy kỵ khớ được tiến hành qua cỏc bước khỏc nhau như phõn hủy ky khớ cỏc chất đạm, hydrat cacbon, chất bộo. Quỏ trỡnh chuyển húa toàn phần bao gồm bốn giai đoạn chớnh:
Thủy phõn
Quỏ trỡnh này chuyển húa cỏc chất rắn phức tạp thành cỏc hợp chất hũa tan với trọng lượng phõn tử nhẹ hơn. Quỏ trỡnh này đũi hỏi sự tỏc động của cỏc enzim ngoại bào tiết ra từ cỏc vi khuẩn gõy men. Cỏc chất đạm được phõn hủy thụng qua cỏc chuỗi thành cỏc axit amin, hydrat cacbon được chuyển húa thành cỏc chất đường cú thể hũa tan (đơn - và cỏc đisacarit), và cỏc chất bộo được chuyển thành chuỗi cỏc axớt bộo và glycerin. Trờn thực tế, tốc độ thủy phõn cú thể gõy ức chế tốc độ phõn hủy kỵ khớ. Đặc biệt, tốc độ chuyển chuyển húa cỏc chất bộo sẽ xảy ra rất chậm trong điều kiện dưới 20°C.
Axit húa
Trong quỏ trỡnh axit húa, cỏc chất hũa tan được tạo thành từ quỏ trỡnh thủy phõn dưới tỏc dụng của cỏc vi khuẩn lờn men được chuyển húa thành cỏc hợp chất hữu cơ đơn giản (axớt bộo dễ bay hơi, cồn, axớt lactic) và cỏc chất khoỏng (carbon dioxit, hydro, amụnia và khớ hyđro sulfat). Quỏ trỡnh lờn men axit được thực hiện bởi nhiều loài vi khuẩn khỏc nhau, nhưng phần lớn chỳng là vi khuẩn kỵ khớ bắt buộc. Tuy nhiờn, cũng cú thể cú một số loại vi khuẩn lưỡng tớnh cú thể chuyển húa cỏc chất hữu cơ qua con đường ụxy húa. Điều này rất quan trọng trong xử lý nước thải kỵ khớ, vỡ ụxy hũa tan cú thể gõy ảnh hưởng xấu cho cỏc vi khuẩn kỵ khớ và cỏc vi khuẩn mờtan húa.
Cỏc hợp chất tạo thành từ quỏ trỡnh axit húa được chuyển húa thành cỏc sản phẩm cuối để sinh khớ mờtan: axetat, hydrụ, và cacbon dioxit. Như mụ tả trờn hỡnh 4.39, khoảng 70% COD trong nước thải đầu vào được chuyển thành axớt acetic và phần cũn lại được tập trung làm nguồn cấp điện tử trong phản ứng tạo khớ hydrụ. Tựy thuộc vào thế năng ụxy húa của cỏc chất hữu cơ ban đầu, quỏ trỡnh acetat húa cú thể diễn ra cựng với sự tạo thành cacbon dioxit hoặc hydrụ.
Mờ tan húa
Mờtan húa thường là giai đoạn chiếm tỉ lệ hạn chế trong toàn bộ quỏ trỡnh phõn hủy, mặc dự tại nhiệt độ thấp nú cú thể thủy phõn. Mờtan được tạo thành từ quỏ trỡnh phõn hủy axetat hoặc từ phản ứng khử dioxit cacbon bằng hydrụ, tương ứng, bởi cỏc vi khuẩn lờn men giấm và vi khuẩn hydrụ.
Tổng hợp mờtan từ vi khuẩn lờn men giấm