TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC KỊ KHÍ
3.1.4 Giai đoạn metan hĩa
Methane hĩa là giai đoạn cuối cùng trong tồn bộ quá trình phân hủy, tiếp tục chuyển hố những thành phần đã được tạo ra trước đĩ (hydrogen, acid formic, methanol, methylamine, và acid acetic) theo các phương trình sau:
Hydrogen: 4 H2 + HCO3- CH4 + 3 H2O - 136 kJ
Acid formic: 4 HCOO- + H+ + H2O CH4 + 3 HCO3- - 130 kJ
Methanol: 4 CH3OH 3 CH4 + HCO3- + H+ + H2O - 105 kJ
Phương trình thứ 1 (sinh CH4 từ H2) tạo ra enthalpy lớn hơn so với phương trình thứ 5 (sinh CH4 từ CH3COO-). Do đĩ, vi khuẩn sinh methane từ hydrogen phát triển mạnh hơn vi khuẩn sinh methane từ acetate.
Methane được tạo ra từ acetate (vi khuẩn acetotrophic) hoặc từ sự khử carbon dioxide bởi hydrogen (vi khuẩn hydrogenotrophic). Khí methane được giải phĩng khỏi dung dịch, vì thế nồng độ COD giảm đáng kể, từ 70 – 95 %. HCO3- trong dung dịch ở trạng thái cân bằng với khí CO2 (phụ thuộc vào pH), do đĩ khí biogas sinh ra cĩ chứa CH4 và CO2 (thơng thường 70 – 90 % CH4 và 10 – 30 % CO2). Những nhĩm vi khuẩn khác nhau trong quá trình chuyển hố chất hữu cơ dịng vào sử dụng hoạt tính đồng hố và dị hố. Do đĩ, song song với việc tạo ra những sản phẩm lên men khác nhau, sinh khối mới được hình thành kết hợp với bốn quá trình đã nêu ở trên. Để thuận tiện, ba quá trình đầu đơi khi được gộp lại với nhau và gọi là lên men acid, trong khi đĩ quá trình thứ tư gọi là lên men methane.
Hai điểm quan trọng đối với các giai đoạn khác nhau diễn ra trong quá trình phân hủy kỵ khí là:
1) Khử chất hữu cơ – COD trong giai đoạn lên men acid bị giới hạn vào việc giải phĩng khí H2. Chỉ cĩ khoảng 30% chất hữu cơ chuyển hĩa thành khí CH4 theo con đường hydrogenotrophic. Do đĩ, điều kiện cần thiết để khử chất hữu cơ hiệu quả trong hệ thống xử lý kỵ khí là hàm lượng Acetotrophic methanogen phát triển đầy đủ.
2) Quá trình lên men acid cĩ xu hường gây ra sự giảm pH do việc tạo thành acid béo bay hơi và những chất trung gian cĩ khả năng phân ly tạo ra ion H+. Do vi khuẩn methane chỉ phát triển tốt ở pH trung tính, sự khơng ổn định sẽ gia tăng nếu vì lý do nào đĩ, tốc độ tạo ra khí methane từ acid nhỏ hơn tốc độ tạo acid: việc
kém hiệu quả. Sự cố lên men chua cĩ thể tránh được bằng cách duy trì sự cân bằng hợp lý giữa lên men acid và methane, cĩ nghĩa là khả năng phân hủy methane vả khả năng đệm của hệ thống phải đủ cao.
Trong cơng trình xử lý kị khí cần lưu ý đến 2 yếu tố quan trọng:
Duy trì sinh khối vi khuẩn càng nhiều càng tốt.
Tạo tiếp xúc đủ giữa nước thải với sinh khối vi khuẩn.
Khi 2 yếu tố trên được đáp ứng, cơng trình xử lý kị khí cĩ thể áp dụng tải trọng rất cao.