b. Sự khử sunphat
1.3.3.Cột phản ứng sinh học kị khớ với cơ chất rắn
Dạng cột phản ứng sinh học kị khớ với cơ chất rắn đó được mụ tả lần đầu tiờn vào năm 1968 [Young, 1968; McCarty, 1969] và sau đú đó được giới thiệu như một cụng nghệ tiờn tiến được sử dụng cú hiệu quả để xử lý nhiều loại nước thải cụng nghiệp [Speece, 1983; Young, 1983, 1989; Dvorak và cs, 1992; Green và cs, 1998; Chang và cs, 2000; Jong và cs, 2003; 2004]. Nguyờn lý của cột phản ứng kị khớ với cơ chất rắn chảy ngược dựa trờn quỏ trỡnh tiếp xỳc, trong đú nước thải đi qua hoặc xuyờn qua một khối cỏc chất rắn sinh học cú chứa trong cột phản ứng nhờ một vật liệu hỗ trợ cố định (hỡnh 1.4).
Nước thải CH4 + CO2 Nước sau xửlý Vật liệu hỗtrợ CH4 + CO2 Nước sau xử lý Vật liệu hỗtrợ Nước thải Sự phỏt triển lơ lửng Cột phản ứng nhồi cơ chất hoàn toàn Cột phản ứng lai CH4 + CO2 Vật liệu hỗ trợ Nước sau xử lý
Hỡnh 1.4. Sơ đồ 3 dạng cột phản ứng kị khớ chảy ngược với cơ chất rắn Sinh khối trong cột phản ứng được gắn vào bề mặt vật liệu hỗ trợ như một màng mỏng sinh học, bị “bẫy” vào khuụn vật liệu, hoặc được giữ dưới dạng cỏc hạt bựn hoặc bụng bựn. Cỏc hợp chất hữu cơ hũa tan trong nước thải đầu vào đi qua lớp sinh khối này và khuếch tỏn lờn bề mặt cỏc chất rắn, tại đú chỳng bị biến đổi thành cỏc dạng trung gian và cỏc sản phẩm cuối cựng như metan và CO2.
Đó cú khỏ nhiều cỏc tỏc giả nghiờn cứu sử dụng cột phản ứng sinh học kị khớ với cơ chất rắn để loại bỏ kim loại nặng khỏi nước thải [Dvorak và cs, 1992; Spotts và cs, 1993; Wildeman và cs, 1993; Chang và cs, 2000; Jong và cs, 2003, 2004]. Trong cỏc hệ thống này, nước thải được đi qua một cột phản ứng chứa đầy cỏc cơ chất rắn cú khả năng phõn hủy sinh học như: phõn compost, vỏ bào, cỏ khụ, rơm, rạ,... hoặc cỏc cơ chất dạng trơ như: cỏt, đỏ, sỏi,... - đõy là cỏc nguyờn liệu giỳp đỡ cho sự phỏt triển của vi khuẩn. Vi khuẩn sẽ bỏm lờn cỏc cơ chất này, phỏt triển và lấp đầy cỏc khe hở của cơ chất và chỳng cú thể tạo ra một khối lượng sinh khối lớn. Mặc dự trong cỏc hệ
ra, song người ta cho rằng sự khử sunphat nhờ SRB là kết quả đầu tiờn đó dẫn đến làm trung hũa pH, loại bỏ sunphat và kim loại nặng trong cỏc hệ thống này.
Để thiết lập cỏc cột phản ứng sinh học kị khớ khử sunphat đũi hỏi phải đỏp ứng cỏc yờu cầu sau:
Loại bỏ hết oxy.
Cú chứa sunphat (thường cú trong nước thải ụ nhiễm kim loại nặng).
Cú chứa cỏc hợp chất hữu cơ đơn giản để cung cấp nguồn cỏcbon cho vi khuẩn.
Cú mặt SRB.
Cú vị trớ để thu cỏc sunphua kim loại kết tủa.
Ngoài ra, khi thiết kế một cột phản ứng sinh học kị khớ để loại bỏ kim loại nặng trong nước thải, phải chỳ ý tớnh toỏn đến tốc độ dũng chảy, thời gian lưu nước, ảnh hưởng của nhiệt độ,...Cỏc sunphua kim loại cú tớnh hoà tan rất kộm trong nước. Vớ dụ: hệ số hoà tan của Cu(II) sunphua chỉ bằng 8x10-37 ở 25oC [Harris,1995]. Bất kỳ một ion kim loại nào đi qua cột phản ứng sinh học kị khớ (phương trỡnh 1) sẽ bị biến đổi ngay lập tức thành dạng sunphua và bị kết tủa. Tuy nhiờn, nếu nồng độ kim loại nặng vượt quỏ nồng độ sunphua hoà tan trong cột phản ứng thỡ hàm lượng cỏc ion kim loại sẽ tăng và nú sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của SRB [Utgikar và cs, 2000]. Cỏc ảnh hưởng này cú thể làm giảm số lượng và tớnh đa dạng của cỏc loài SRB hoặc làm tăng cỏc chủng cú khả năng thớch ứng với nồng độ cao của cỏc ion kim loại [White và cs, 1997]. Nồng độ độc của cỏc loại ion kim loại nặng khỏc nhau là trong vựng từ 4-80mg/L [Hao và cs, 1994].
Bảng 1.8. Ưu điểm và nhược điểm của việc xử lý nước thải chứa kim loại nặng bằng phương phỏp kị khớ
Ƣu điểm Nhƣợc điểm
- Loại bỏ cỏc hợp chất sunphua đó bị oxy húa (sunphat, sunphit và
thiosunphat) từ cỏc nguồn thải.
- Hiệu quả loại bỏ COD giảm do sự cú mặt của H2S trong nước sau xử lý.
- Loại bỏ kim loại nặng. - Gõy ăn mũn. - Cỏc sunphua kim loại bị kết tủa
(như FeS) tạo thành dạng kết lắng tốt.
- Tớch lũy kim loại trong bựn (sunphua kim loại).
- Cú thể tận thu để tỏi sử dụng cỏc kim loại thu được sau xử lý.
- Chất lượng khớ kộm + cần loại bỏ H2S từ khớ gas.
- Lượng bựn thải tạo ra ớt. - Sự hỡnh thành metan giảm. - Yờu cầu ớt dinh dưỡng. - Cú mựi hụi.
- Khụng cần năng lượng cho khuấy
sục. - Cú độc tớnh tiềm tàng.
- Tốc độ dũng chảy cao cũng cú thể
ỏp dụng được. - Thời gian khởi động lõu.
pH trong cỏc cột phản ứng sinh học kị khớ thấp ngăn chặn hoạt động khử sunphat và làm tăng tớnh hũa tan của cỏc sunphua kim loại. Vỡ vậy, cần phải thiết kế làm sao để cột phản ứng cú thể tạo ra độ kiềm làm tăng pH của nước thải.
Bảng 1.8 cho thấy những ưu điểm và nhược điểm khi nước thải cụng nghiệp được xử lý bằng phương phỏp kị khớ thụng qua hoạt động của SRB.