Q trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là q trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian, đây là q trình chuyển hóa chất hữu cơ nhờ vi khuẩn kỵ khí. Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:
Vi sinh vật
Chất hữu cơ ——————> CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Một cách tổng quát quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử thành các chất hữu cơ đơn giản hơn như monosaccharide, amino acid hoặc các muối khác. Đây là nguồn dinh dưỡng và năng lượng cho vi khuẩn hoạt động.
- Giai đoạn 2: acid hóa – lên men acid, chuyển hóa các chất hữu cơ đơn giản thành các loại acid hữu cơ như acid acetic, glicerine, acetate,…
CH3CH2COOH + 2H2O CH3COOH + CO2 + 3H2 Acid prifionic
CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2 Acid butinic
- Giai doạn 3: methane hóa – lên men kiềm, chuyển hóa acid acetic và hydro thành CH4, CO2.
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, carbohydrates, celluloses, lignin,…trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Các acid béo dễ bay hơi chủ yếu là acetic
acid, propionic acid và lactic acid. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrate. Vi sinh vật chuyển hóa methan chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như CO2 +
H2,formate,acetate,methanol,methylamines,vàCO.
Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia q trình xử lý kỵ khí thành:
- Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như q trình tiếp xúc kỵ khí (Anaerobic Contact Process), q trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dịng nước đi từ dưới lên (UASB);
- Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như q trình lọc kỵ khí (Anaerobic Filter Process).
Các cơng trình.
Lọc yếm khí – Anaerobic Filter Process.
Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu mang thường ngập trong lớp chất lỏng để xử lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải.
• Nguyên tắc: nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật liệu
trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng, phát triển và tạo màng, ngồi ra các khe, lỗ trong khối vật liệu cũng là nơi vi sinh thích cư trú. Lọc yếm khí hiệu quả trong xử lý nhiều lọai nước thỉa cơng nghiệp có nồng độ hữu cơ cao. • Ưu điểm: Chịu dựng tốt những trường hợp dừng hệ thống, cố khả năng phục
hồi cơng suất khi tái khởi động rất tốt.
• Nhược điểm: phải thường xuyên kiểm soát mật độ gia tăng sinh khối, cách
tiến hành, mức độ rửa lọc để loại bớt nhưng không loại hết được sinh khối đã bám dính.
Phân hủy yếm khí ngược dịng – Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB).
Trong hệ UASB bùn phải được phát triển thành một lớp dày. Trong lớp bùn nàydưới tác động của dòng nước từ dưới lên các hạt bùn này dưới tác động của dòng nướctừ dưới lên các hạt bùn nổi lơ lửng tạo thành một lớp đệm dạng hạt. Hạt bùn bền vớitác động của dòng nước thải vào, đủ nhẹ để nổi lơ lửng do tác động của dòng chảy vàđủ nặng để khơng bị dịng nước kéo ra khỏi bồn phản ứng.
Trong hệ UASB nước thải được cấp vào từ dưới đáy bồn, thu ở phía trên. Trongq trình nước thải đi từ dưới lên nó phải tiếp xúc với các hạt bùn hoạt tính. Khi đó sẽxảy ra hai q trình: (1) chất hữu cơ được BHT phân hủy yếm khí thành CO2+ CH4 Và (2) quá trình lọc trong nhờ lớp đệm dạng hạt.
Ưu điểm của UASB so với hệ BHT
Ít tiêu tốn năng lượng vận hành.
Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn.
Bùn sinh ra dễ tách nước.
Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng.
Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan.
Hình 2.15. Hệ
phân hủy yếm khí
ngược dịng (UASB).