Là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí trong q trình phân giải các chất hữu cơ và vơ cơ trong mơi trường khơng cĩ oxy. Những bã hữu cơ phức tạp bao gồm protit, lipit, xenluloza, pectin và các gluxít khác trong q trình lên men sẽ phân hủy thành hỗn hợp khí gồm metan (65 - 70%), H2, N2, CO2, ...Vì vậy quá trình này được gọi là lên men metan.
Quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ là q trình sinh hĩa phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian.
Phương pháp xử lý yếm khí được sử dụng rộng rãi. Trong điều kiện yếm khí, vi khuẩn yếm khí sẽ phân hủy chất hữu cơ như sau:
(COHNS) + Vi khuẩn yếm khí CH4 + CO2 + NH3 + H2S + ... + Năng lượng (COHNS) + Vi khuẩn yếm khí + Năng lượng C5H7NO2 (Tế bào vi khuẩn mới)
Ghi chú: C5H7NO2 là cơng thức hĩa học thơng dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn.
Tổng quát: Chất hữu cơ CHLên menYếm khí 4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Metan cĩ nhiệt trị cao (gần 9.000 kcal/m3). Do đĩ, nhiệt trị của Biogas khoảng 4.500 ÷ 6.000 kcal/m3, tùy thuộc vào phần trăm của metan hiện diện trong Biogas.
Quy trình xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí bao gồm các cơng đoạn:
- Cơng đoạn thu gom nước thải. - Cơng đoạn điều hịa, lắng sơ bộ. - Cơng đoạn xử lý kị khí.
- Cơng đoạn xử lý mùi và lắng đợt 2. - Cơng đoạn xử lý hiếu khí và khử trùng.
Trong cơng nghệ mơi trường, người ta quan tâm quá trình lên men metan, vì quá trình này thường xảy ra ở nhiều loại nước thải trong điều kiện yếm khí. Tham gia q trình lên men metan cĩ hàng trăm lồi vi sinh vật yếm khí và yếm khí tùy tiện. Các vi sinh vật này cĩ khoảng nhiệt độ lên men từ 10 - 450C.
Các nhĩm vi sinh vật, hầu hết là vi khuẩn, đều tham gia vào việc chuyển hố các hợp chất hữu cơ cao phân tử phức hợp thành khí metan. Thêm vào đĩ là sự tương tác đồng bộ giữa các nhĩm vi khuẩn liên quan đến q trình phân hủy yếm khí các chất
thải. Mặc dù cĩ thể cĩ sự hiện diện của một số nấm và nguyên sinh động vật, nhưng rõ ràng vi khuẩn luơn vượt trội về số lượng. Một số lớn các vi khuẩn yếm khí tham gia vào q trình thủy phân và lên men các hợp chất hữu cơ.
Bồn phân hủy yếm khí là những bồn lên men lớn cĩ gắn các thiết bị như: máy trộn cơ khí, thiết bị cung cấp nhiệt, hệ thống thu khí, các vịi để tháo và cung cấp bùn, các đầu ống ra trên mặt. Sự phân hủy và lắng bùn xảy ra đồng thời trong bồn. Bùn phân tầng và tạo thành những lớp như sau từ đáy cho đến đỉnh bồn: bùn đã phân hủy, bùn phân hủy hoạt tính, lớp bùn trên mặt, váng và khí. Cơng suất hoạt động của bồn đạt đến mức cao hơn khi bùn được khuấy và cấp nhiệt liên tục.
Các dạng cơng trình xử lý yếm khí: bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể metan cổ điển, bể lọc khí AF (Anaerobic Filter), bể xử lý sinh học yếm khí với dịng chảy ngược qua bơng bùn hoạt tính UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Ở đây ta xét chung một cách điển hình về các quá trình sinh hố diễn ra liên quan đến nguyên tắc hoạt động, yếu tố vi sinh vật, tính chất cặn, bùn thải.