Phương pháp sinh hĩc được ứng dúng đeơ xử lý các chât hữu cơ hòa tan hoaịc các chât phađn tán nhỏ, chât keo cũng như moơt sô chât vođ cơ như: H2S, sulfide, amonia … dựa tređn hốt đoơng cụa vi sinh vaơt.
Vi sinh sử dúng chât hữu cơ và moơt sô khoáng chât làm nguoăn thức aín và táo naíng lượng đeơ duy trì hốt đoơng sông. Sạn phaơm cuôi cùng cụa quá trình phađn hụy sinh hĩc là: khí CO2, nitơ, H2O, sinh khôi vi sinh vaơt.
a/ Xử lý sinh hĩc trong mođi trường hiêu khí.
Sử dúng nhóm vi sinh vaơt hiêu khí, hốt đoơng trong đieău kieơn cung câp oxy lieđn túc. Quá trình xử lý nước thại baỉng phương pháp hiêu khí goăm 3 giai đốn sau:
* Ođxy hóa các chât hữu cơ: Enzyme
CXHYOZ + O2 CO2 + H2O + ∆H * Toơng hợp tê bào mới:
CXHYOZ + O2 + NH3 Enzyme Tê bào vi kuaơn (C5H7NO2) + CO2 + H2O - ∆H * Phađn hụy noơi bào:
Enzyme
C5H7O2 + O2 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ∆H
Các quá trình xử lý sinh hĩc baỉng phương pháp hiêu khí có theơ xạy ra ở đieău kieơn tự nhieđn và nhađn táo. Trong các cođng trình xử lý nhađn táo, người ta táo đieău kieơn tôi ưu cho quá trình oxy hóa sinh hóa neđn quá trình xử lý có tôc đoơ và hieơu xuât cao hơn rât nhieău. Tùy theo tráng thái toăn tái cụa vi sinh vaơt, quá trình xử lý sinh hĩc hiêu khí nhađn táo có theơ chia thành:
- Xử lý sinh hĩc hiêu khí với vi sinh vaơt sinh trưởng dáng lơ lửng chụ yêu được xử dúng đeơ khử chât hữu cơ chứa cacbon như quá trình bùn hốt tính, hoă làm thoáng, beơ phạn ứng, hốt đoơng gián đốn, quá trình leđn men phađn hụy phađn hụy hiêu khí. Trong sô những quá trình này, quá trình bùn hốt tính là quá trình phoơ biên nhât.
- Xử lý sinh hĩc hiêu khí với vi sinh vaơt sinh trưởng dáng dính bám như trong quá trình bùn hốt tính dính bám, beơ lĩc nhỏ giĩt, beơ lĩc cao tại, đĩa sinh hĩc, beơ phạn ứng nitrat hóa với màng cô định.
b/ Xử lý sinh hĩc trong mođi trường kỵ khí. (anerobic environment).
Sử dúng nhóm vi sinh vaơt kỵ khí, hốt đoơng trong đieău kieơn khođng có oxy. Quá trình phađn hụy kỵ khí các chât hữu cơ là quá trình sinh hóa phức táp phađn hụy các chât hữu cơ, táo ra hàng lốt các sạn phaơm trung gian … Phương trình phạn ứng sinh hóa trong đieău kieơn kỵ khí có theơ bieơu dieên đơn giạn như sau:
Vi sinh vaơt
Chât hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tê bào mới * Moơt cách toơng quát, quá trình phađn hụy kỵ khí xạy ra theo 4 giai đốn: - Giai đốn 1: Thụy phađn, caĩt mách các hợp chât cao phađn tử.
- Giai đốn 2: Acid hóa. - Giai đốn 3: Acetate hóa. - Giai đốn 4: Methane hóa.
Các chât thại hữu cơ chứa nhieău hợp chât cao phađn tử như protein, chât béo, carbohydrate, cellulose, lignin … trong giai đốn thụy phađn caĩt mách táo
thành các phađn tử đơn giạn hơn, deê thụy phađn hơn. Các phạn ứng thụy phađn sẽ chuyeơn hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chât béo thành các acid béo. Trong giai đốn acid hóa, các chât hữu cơ đơn giạn lái được tiêp túc chuyeơn hóa thành acetic acid, H2, và CO2. Vi khuaơn methane chư có theơ phađn hụy moơt sô lối cơ chât nhât định như CO2, H2, formate, acetate, methanol, methylamine và CO. Các phương trình phạn ứng xạy ra như sau:
4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH → CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH → CH4 + CO2 4CH3OH → 3CH4 + CO2 + H2O 4(CH3)3N + H2O → 9 CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3
Hình 2.8: Qúa trình phađn hụy kỵ khí.
Heơ thông xử lý theo phương pháp kỵ khí phại duy trì trong đieău kieơn : mođi trường khođng có oxy, khođng có sự hieơn dieơn cụa các tác nhađn gađy ức chê cho quá trình kỵ khí như noăng đoơ kim lối naịng, sulfides. pH cụa mođi trường neđn naỉm trong khoạng từ 6,6 – 7,6. Nước thại phại có đoơ kieăm phù hợp đeơ đạm bạo khođng cho giá trị pH nhỏ hơn 6,2 nhaỉm duy trì sự hốt đoơng cụa vi khuaơn methane. Thođng thường, đoơ kieăm trong nước dao đoơng khoạng 1000 – 5000 mg/l, noăng đoơ
Quá trình acetate hóa và khử hydro Quá trình methane hóa Quá trình phađn hụy 76% 20% 52% 72% 28% 24% Phức chât