muối, chất dinh dưỡng, và độc chất trong dòng thải đi vào bể phản ứng kỵ khí.
3.2.1 Nhiệt độ
Xử lý nước thải trong điều kiện kị khí do quần thể vi sinh vật hoạt động, mỗi nhóm chủng vi sinh vật sẽ sinh trưởng và phát triển tốt ở miền nhiệt độ thích hợp. Nhiệt độ tối ưu cho quần thể vi sinh vật sinh metan là khoảng 35-55oC, dưới 10oC các chủng này hoạt động rất kém.
Nhưng việc điều chỉnh nhiệt độ theo ý muốn trong quá trình vận hành hệ thống là điều rất khó khăn, do đó các nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình phát triển của vi sinh vật đã chọn 2 mùa đặc trưng là mùa hè và mùa đông, kết quả cho thấy: về mùa đông, nhiệt độ giảm xuống thấp, các vi sinh vật bị ức chế hoạt động vì vậy hiệu quả xử lý thấp hơn nhiều so với mùa hè. Như vậy trong hệ thống xử lý nước thải công suất lớn, có thể tận dụng khí CH4 để gia nhiệt nước thải đầu vào, làm tăng nhiệt độ môi trường vào mùa đông, hiệu quả xử lý của hệ thống sẽ toát hôn.
3.2.2 Aûnh hưởng của pH
Giá trị và tính ổn định của pH trong bể phản ứng kỵ khí là cực kỳ quan trọng vì giá trị pH trong môi trường ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động, sinh sản và phát triển của vi sinh vật. Đối với từng nhóm, từng loài vi sinh vật có một khoảng pH tối ưu, hầu hết các quá trình phân hủy kỵ khí hoạt động tốt nhất ở giá trị pH gaàn trung tính.
Trong xử lý kị khí sinh metan có 2 nhóm thực hiện: nhóm vi sinh vật thực hiện quá trình axit hóa làm cho pH của môi trường giảm đi (khi độ pH xuống thấp thì quá trìng axit hóa chậm lại). Nhóm thứ 2 thực hiện quá trình metan hóa phát triển tốt ở giá trị pH gần trung tính hoặc trung tính. Ở giá trị pH thấp hơn 6.3 hay cao hơn 7.8, tốc độ phân hủy của methane giảm xuống. Quần thể vi khuẩn lên men acid ít nhạy cảm với giá trị pH thấp hoặc cao. Do đó lên men acid chiếm ưu thế hơn lên men methane, chúng có thể gây nên hiện tượng “lên men chua” trong bể phản ứng.
Ngoài ra khi pH thấp một số protein sẽ bị biến tính. Những protein biến tính này bị phân huỷ rất chập và sinh ra lượng bùn rất nhiều. Do đó bùn dễ bị cuốn trôi làm tuổi bùn thấp và ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý.
Ảnh hưởng của pH lên quá trình hoạt động của vi khuẩn metan liên quan đến nồng độ VFA sinh ra trong bể phản ứng. Lý do là vì khi pH thấp thì hàm lượng acetate tự do tăng lên. Chất này rất độc đối với hoạt động của vi khuẩn metan trong bể phaõn huyỷ kợ khớ.
Ảnh hưởng của việc “shock – pH” phụ thuộc vào hàm lượng VFA, pH, và thời gian shock. 3 yếu tố này càng cao thì càng nguy hiểm.
3.2.3 Độ kiềm
Độ kiềm là đơn vị đo lường tính đệm hoặc khả năng trung hoà axit của quá trình
trình phân huỷ. Độ kiềm bicacbonat nên duy trì khoảng trên 2500 mg/l để nâng cao tính ổn định của quá trình phân huỷ.
Độ kiềm bicacbonat, pH và CO2 có mối tương quan với nhau. Khi độ kiềm bicacbonat giảm xuống dưới 500 mg/l, với sự sinh ra CO2 bình thường thì pH đến gần giá trị 6.
Một vấn đề quan trọng trong việc kiểm soát pH là VFA được tạo ra trong suốt giai đoạn acid hoá . Nếu lượng kiềm sẵn có là đủ phản ứng sau sẽ xảy ra. Ví dụ đối với acetat:
CH3COOH + Na+ + HCO3- = CH3COO- + Na+ + CO2 + H2O
Chỉ sau khi phần lớn bicarbonate được sử dụng hết bởi các acid được tạo ra, sự giảm pH sẽ xảy ra. Khi độ kiềm bicacbonat bị phá huỷ bởi sự tăng VFA thì việc bổ sung độ kiềm là cần thiết. Dựa vào sự ổn định của quá trình phân huỷ kỵ khí và khả năng sản sinh độ kiềm mà có bổ sung độ kiềm hay không.
Việc cố gắng bổ sung pH mà không làm tăng độ kiềm không đủ để khôi phục lại hệ thống. Để làm tăng độ kiềm và đều khiển pH trong quy mô phòng thí nghiệm thường dùng NaHCO3 để bổ sung hay thay thế cho NaOH. Tuy nhiên nồng độ Na+ quá cao có thể là độc tố cho quá trình phân huỷ.
Độ kiềm cũng có thể tăng lên nhờ bổ sung vôi. Hoặc được sinh ra nhờ quá trình phân huỷ protein thành amonia, sau đó kết hợp với H2CO3 trong dung dịch và tạo thành dạng đệm NH4 HCO3. Nếu có thể thì quá trình phân huỷ xảy ra trong điều kiện độ kiềm tăng và pH ổn định mà không có phải bổ sung từ bên ngoài.
3.2.4 Aûnh hưởng của thời gian lưu thủy lực đến quá trình xử lý nước thải Thời gian kưu thủy lực là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất xử lý của hệ thống. Nếu thời gian lưu thủy lực ngắn, hiệu suất xử lý sẽ thấp
3.2.5 Các hợp chất gây ức chế đến quá trình phân hủy kị khí 3.2.5.1 Hợp chất chứa S
Quá trình chuyển hoá của vi khuẩn khử Sulphate cần hydrogen, tuy nhiên hydrogen cũng cần cho quá trình sinh methane. Điều này tạo nên sự cạnh tranh giữa vi khuẩn khử Sulphate và vi khuẩn sinh methane. Vi khuẩn khử Sulphate tạo ra nhiều enthalpy hơn so với vi khuẩn sinh methane, điều đó khiến vi khuẩn khử sulphate phát triển nhanh hơn. Phương trình phản ứng:
Sulphate: SO42- + 4 H2 + H+ HS- + 4 H2O - 152 kJ Sulphite: HSO3- + 3 H2 HS- + 3 H2O - 172 kJ So với: 4 H2 + HCO3- CH4 + 3 H2O - 136 kJ
Cả HSO3- và H2S đều gây ức chế đối với vi khuẩn sinh methane ở nồng độ tương ứng là 50 mg/l và 3%.
3.2.5.2 Hợp chất chứa N
N tồn tại trong nước thải dưới các dạng sau:
Dạng oxy hoá: NO2- và NO3-.
Dạng khử (N-Kjeldalh): NH4+, protein, amino acid, màng tế bào...
Aûnh hưởng của NO2- và NO3-: NO2- và NO3- đều gây ức chế quá trình methane hoá (NO2- gây độc hơn NO3-) vì sự giải phóng oxy sẽ gây độc đối với vi khuẩn sinh methane.
Aûnh hưởng của N-Kjeldalh: NH4+ không gây ảnh hưởng đến quá trình khử COD với nồng độ <1,000 mg/l, tuy nhiên với pH > 8: NH4+ NH3+ H+ phản ứng theo chiều từ trái sang phải, và NH3 được xem là độc hơn so với NH4+.
3.2.5.3 Oxy
Oxy độc đối với vi khuẩn kỵ khí bắt buộc như vi khẩn methane. Tuy nhiên khi bùn kỵ khí có chứa một lượng lớn vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc thì bất cứ lượng oxy nào
vào hệ thống xử lý cũng đều bị tiêu thụ rất nhanh. Thực tế, oxyhầu như không bao giờgây ra sự cố ngoại trừ trường hợp xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp.
Bảng 3.1. Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí Chất Nồng độ gây ức chế vừa
(mg/l)
Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l)
Ion :
Na+ 3500 – 5500 8000
K+ 2500 – 4500 12000
Ca2+ 2500 – 4500 8000
Mg2+ 1000 – 1500 3000
NH4+ 1500 – 3000 3000
S2- 200 200
Cu2+ 0,5 (tan)
50 – 70 (tổng)
Cr(VI) 3 (tan)
200 – 250 (tổng)
Cr(III) 180 – 420 (tổng)
2 (tan)
Bảng 3.2. Các hợp chất gây độc và ức chế quá trình kỵ khí (tiếp theo)
Chất Nồng độ gây ức chế vừa
(mg/l)
Nồng độ gây ức chế mạnh (mg/l)
Hydrocarbon chứa Clo:
methylchloride trichloro-ethylene tetrachloro-ethylene chloroform
10-20 1 1 1
hỗn hợp formaldehyde / glutaraldehyde (50/50) arylonitril
30
Dung moâi : butylacetate acetonitril toluene
methyl-isobutyl ketone
1000 1000 100 100 Nguồn: Parkin và Owen (1986)