kl luu ngoc thuan 2015 363 7

Chính vì vậy, đề tài :Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ muối độ mặn đến quá trình phân hủy sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải nhiễm mặn” đã được tiến hành nhằm bước đầu đánh giá hiệu quả

KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ BẢO HỘ LAO ĐỘNG



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA

Giảng viên hướng dẫn: ThS NGÔ VĂN THANH HUY

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 4

MỞ ĐẦU 9

1 Mục tiêu 9

2 Đối tượng nghiên cứu 10

3 Phạm vi nghiên cứu 10

4 Phương pháp thực hiện 10

5 Nội dung thực hiện 10

6 Ý nghĩa khoa học 11

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM MẶN 12

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải nhiễm mặn 13

1.1.1.1 Ngành chế biến thủy sản 13

1.1.1.2 Công nghiệp thuộc da 14

1.1.1.3 Ngành sản xuất rau quả đóng hộp 15

1.1.1.4 Ngành công nghiệp hóa dầu – vận tải biển 16

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu về xử lý nước thải nhiễm mặn 16

1.1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước 16

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 21

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 22

1.2.1 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 22

1.2.1.1 Phương pháp cơ học 22

1.2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý 24

1.2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học 29

1.2.1.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 31

1.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí 34

1.2.2.1 Quá trình phân hủy kỵ khí 35

1.2.2.2 Các nhóm vi sinh vật tham gia quá trình xử lý kỵ khí 42

1.2.2.3 Các vi sinh vật ưa mặn và chịu mặn 48

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 51

2.1 THÍ NGHIỆM MẺ 51

2.1.1 Thiết bị 51

2.1.2 Dụng cụ và hóa chất thí nghiệm 51

2.1.2.1 Dụng cụ thí nghiệm 51

2.1.2.2 Thành phần nước thải và dinh dưỡng 51

2.1.2 Phương pháp tiến hành 52

2.1.3 Lấy mẫu và phân tích: 52

2.2 THÍ NGHIỆM LIÊN TỤC 53

2.2.1 Thiết bị nghiên cứu 53

2.2.2 Chế độ vận hành 54

2.1.3 Sinh khối 55

2.2.4 Phương pháp thí nghiệm 55

2.2.3.1 Nguồn nước thải 55

2.2.3.2 Thành phần dinh dưỡng: 55

2.2.3.3 Lấy mẫu và phân tích 56

2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 56

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57

3.1 THÍ NGHIỆM MẺ 57

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả loại COD 57

3.1.2 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến lượng khí CH4 sinh ra 59

3.1.3 Sự thích nghi của bùn kỵ khí 61

3.1.4 Diễn biến hiệu quả loại COD và lượng khí CH4 sinh ra 65

3.1.4 Ảnh hưởng của nồng độ muối đến pH trong quá trình xử lý 70

3.2 THÍ NGHIỆM LIÊN TỤC 72

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối lên hiệu quả loại bỏ COD 72

3.2.2 Mối tương quan giữa pH, lượng khí CH4 sinh ra và hiệu quả loại COD 75

3.2.3 Ảnh hưởng của thời gian lưu lên hiệu quả loại COD 77

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 80

LỜI CẢM ƠN

Khóa luận tốt nghiệp là sự đúc kết cả quá trình học tập trên giảng đường đại học, đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong cuộc đời của người sinh viên Trong quá trình thực hiện khóa luận, em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của tất cả mọi người

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả thầy cô khoa Môi trường và Bảo hộ lao động, trường đại học Tôn Đức Thắng, những người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức trong suốt thời gian qua

Xin cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo của các anh chị làm việc tại phòng Kiểm soát ô nhiễm nước, Viện Nhiệt đới môi trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến Th.S Ngô Văn Thanh Huy, người đã tận tình hướng dẫn em trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Cuối cùng, con xin cảm ơn bố mẹ và gia đình đã động viên tinh thần, tạo điều kiện tốt nhất cho quá trình học tập của con

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ASP : Quá trình bùn hoạt tính

BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa

COD : Nhu cầu oxy hóa học

CST : Hệ số hút mao mạch

DOC : Khả năng loại bỏ carbon hữu cơ

EPS : Chiết xuất của các chất cao phân tử ngoại bào

GAC : Than hoạt tính dạng hạt

HRT : Thời gian lưu thủy lực

MBR : Màng lọc sinh học

OUR : Tỷ lệ khả năng hấp thụ oxy

SMA : Hoạt động vi sinh vật sinh methane

SMP : Chế phẩm các vi sinh vật hòa tan

Sqft : Đơn vị tính , feet vuông

TOC : Tổng lượng carbon hữu cơ

UASB : Quá trình kỵ khí dòng chảy ngược

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Nhu cầu muối cho các loại rau quả đóng hộp 15

Bảng 1.2 Vi khuẩn sinh methane 48

Bảng 1.3 Số loài VSV ưa mặn điển hình 49

Bảng 2.1 Thông số vận hành thiết bị kỵ khí 55

Bảng 2.2 Thành phần nước thải trong các giai đoạn nghiên cứu 55

Bảng 2.3 Thành phần dinh dưỡng nguyên tố đa lượng 56

Bảng 2.4 Thành phần dinh dưỡng nguyên tố vi lượng 56

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Phản ứng phân hủy chất hữu cơ bằng vi sinh vật kỵ khí 34

Hình 1.2 Các công nghệ xử lý kỵ khí 35

Hình 1.3 Quá trình phân hủy hữu cơ 37

Hình 1.4 Sơ đồ phản ứng xảy ra trong quá trình kỵ khí 41

Hình 1.5 Quy trình chuyển hóa trong điều kiện kỵ khí 42

Hình 1.6 Hình dạng của các vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn thủy phân – Hydrolytic bacteria 43

Hình 1.7 Các vi khuẩn thuộc nhóm vi khuẩn lên men acid - Fermantive Bacteria 44 Hình 1.8 Vi khuẩn Clostridium spp 45

Hình 1.9 Vi khuẩn Desulfovibrio spp 46

Hình 1.10 Vi khuẩn Corynebacterium spp 46

Hình 1.11 Vi khuẩn Staphyllococus 46

Hình 1.12 Vi khuẩn Methannosacrina 47

Hình 1.13 Vi khuẩn Methanosacina sp 48

Hình 2.1 Các chai thủy tinh dùng trong thí nghiệm mẻ 48

Hình 2.2 Phương pháp đo CH4 trong thí nghiệm mẻ 51

Hình 2.3 Mô hình thiết bị kỵ khí 53

Hình 3.1 Diễn biến hiệu quả loại COD ở các nồng độ muối 57

Hình 3.2 Diễn biến sinh khí methane 60

Hình 3.3 Diễn biến nồng độ COD trong 2 đợt thí nghiệm 62

Hình 3.4 Hiệu quả loại COD trong ngày 1 và 10 của 2 đợt thí nghiệm 64

Hình 3.5 Diễn biến sinh khí CH4 trong đợt 2 66

Hình 3.6 Diễn biến sinh khí CH4 và hiệu quả loại COD ở mẫu đối chứng 67

Hình 3.7 Diễn biến sinh khí CH4 và hiệu quả loại COD ở nồng độ muối 5 g/l 67

Hình 3.9 Diễn biến sinh khí CH4 và hiệu quả loại COD ở nồng độ muối 15 g/l 68

Hình 3.10 Diễn biến sinh khí CH4 và hiệu quả loại COD ở nồng độ muối 20 g/l 68

Hình 3.11 Diễn biến sinh khí CH4 và hiệu quả loại COD ở nổng độ muối 25 g/l 69

Hình 3.12 Diễn biến pH trong đợt 1 71

Hình 3.13 Diễn biến pH trong đợt 2 71

Hình 3.14 Diễn biến hiệu quả loại COD của thí nghiệm liên tục 73

Hình 3.15 Diễn biến nồng độ muối vào hiệu quả loại COD 74

Hình 3.16 Mối liên hệ giữa pH,lƣợng khí methane sinh ra và hiệu quả loại COD 75 Hình 3.17 Mối liên hệ giữa HRT và hiệu quả loại COD 78

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia nằm ở cực đông nam bán đảo Đông Dương, có vùng biển nằm ở bờ Tây của biển Đông – vùng biển có vị trí kinh tế, chính trị quan trọng trong khu vực và trên thế giới Tuyến biển nước ta có 29 tỉnh, thành phố gồm: 124 huyện, thị xã với 612 xã, phường (trong đó có 12 huyện đảo, 53 xã đảo) với khoảng 20 triệu người sống ở ven bờ và 17 vạn người sống ở các đảo, với diện tích 1.000.000

km2 (2012) Bên cạnh đó vùng biển nước ta có nguồn tài nguyên sinh vật phong phú

và đa dạng với hơn 160.000 loài động thực vật biển Trữ lượng các loài động vật biển ước tính khoảng 32,5 tỷ tấn, vì thế ngành đánh bắt và chế biến thủy sản ở nước

ta khá phát triển Tuy nhiên, nước thải phát sinh từ ngành chế biến thủy sản bị ô nhiễm hữu cơ cao cùng với độ mặn gây khó khăn cho việc xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Ngoài ra một số ngành công nghiệp như thuộc da, dệt nhuộm, vận tải biển cũng phát sinh nước thải đặc trưng có chứa nồng độ muối khá cao

Từ những nguyên nhân đó việc xử lý nước thải nhằm bảo vệ môi trường là một vấn

đề cấp bách yêu cầu đặt ra cần có một phương pháp xử lý sinh học phù hợp: đảm bảo hiệu quả xử lý và tiết kiệm kinh phí Chính vì vậy, đề tài :Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ muối (độ mặn) đến quá trình phân hủy sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải nhiễm mặn” đã được tiến hành nhằm bước đầu đánh giá hiệu quả xử lý sinh học kỵ khí đối với loại hình nước thải nhiễm mặn chứa nhiều chất hữu cơ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả sinh CH4 trong quá trình xử lý

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến sự thay đổi pH và diễn biến hiệu quả xử lý nước thải nhiễm mặn

+ Nghiên cứu điều kiện hoạt động tối ưu của quá trình phân hủy sinh học kỵ khí trong xử lý nước thải nhiễm mặn

2 Đối tượng nghiên cứu

+ Nước thải nhiễm mặn của các ngành công nghiệp, đặc biệt là nước thải của các ngành chế biến thủy sản ở khu vực ven biển

+ Phương pháp đánh giá, so sánh, phân tích

5 Nội dung thực hiện

+ Thu thập, tham khảo tài liệu về ngành thủy sản, các hoạt động đặc trưng, phát sinh nước thải của ngành

+ Tham khảo các tài liệu về nước thải nhiễm mặn, tính chất nước thải nhiễm mặn, các phương pháp xử lý nước thải nhiễm mặn đã được áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới

+ Phân lập làm giàu sinh khối vi sinh vật có khả năng phát triển trong môi trường nước nhiễm mặn ở điều kiện kỵ khí

+ Phân tích ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý của quá trình kỵ khí

+ Phân tích ảnh hưởng của nồng độ muối đến sự thay đổi pH và ảnh hưởng của

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI NHIỄM MẶN

Nước thải nhiễm mặn hay nước thải có độ mặn cao (saline wastewater hay high salinity wastewater) gồm nhiều loại hình: nước thải sinh hoạt, chăn nuôi hay sản xuất, dịch vụ…

Nước thải sinh hoạt và chăn nuôi: trên nhiều đảo hay vùng ven biển, do rất thiếu nước ngọt, nước biển thường xuyên được sử dụng cho các nhu cầu vệ sinh, bao gồm rửa thực phẩm, vệ sinh giết mổ, chuồng trại chăn nuôi, rửa nhà vệ sinh Kết quả là dòng chất thải hữu cơ bị hòa với nước biển, trở thành một dòng chất thải sinh hoạt hoặc chăn nuôi nhiễm mặn cao độ, ngoài các chỉ số đặc trưng COD, tổng N, tổng P cao, còn có hàm lượng NaCl có thể lên tới 20 – 30 g/l, khác hẳn với các dòng chất thải trên bờ hay trên các đảo có nguồn nước ngọt phong phú

Trong các ngành công nghiệp như chế biến rau củ ngâm muối, công nghiệp thuộc

da, chế biến dầu…Các muối vô cơ này rất cần thiết cho hoạt động tiêu dùng của con người như: cung cấp dinh dưỡng và bảo quản thực phẩm Ngành nông nghiệp - thực phẩm yêu cầu sử dụng lượng muối cao nhất, như là cho các ngành thịt hộp, rau củ đóng gói, sản phẩm từ sữa và công nghiệp chế biến thủy sản Muối thì được biết nhằm giảm hoạt động của nước và do đó tạo khả năng hoạt động ổn định của vi sinh vật Trong công nghiệp, nước thải nhiễm mặn thì được thải ra bởi việc sử dụng muối từ các quá trình ngâm muối, tẩy rửa và muối khô (NaCl) để bảo quản nhằm tạo ra sản phẩm sau cùng

Ngoài ra, nước thải công nghiệp nhiễm mặn thường sinh ra từ các nhà máy chế biến hải sản, muối hay sản xuất đồ hộp rau quả, thuộc da và sản xuất hóa chất Đặc biệt

là các nhà máy chế biến hải sản nằm gần biển ở vùng thiếu nước ngọt thường sử dụng nước biển cho nhiều công đoạn như rã đông hay rửa nguyên liệu thô Nước thải sinh ra từ các công đoạn này bên cạnh các chỉ số ô nhiễm đặc thù, còn có độ mặn cao gần như nước biển: từ 10 – 30 g/l NaCl (Lefebvre, 2006)

Lượng nước thải này thải ra môi trường ngày càng nhiều do quá trình phát triển của các ngành công nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu của con người

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh nước thải nhiễm mặn

1.1.1.1 Ngành chế biến thủy sản

Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường biển dài hơn 3.260 km, nên rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản Trong năm 2012, sản lượng khai thác tăng mạnh 10,6% so với năm 2011 chủ yếu do sản lượng đánh bắt cá ngừ tăng mạnh ởcác tỉnh miền Trung Đi cùng với tiềm năng về khai thác thủy sản, ngành chế biến thủy sản cũng phát triển mạnh mẽ Việt Nam là một trong

10 nước xuất khẩu thủy sản hàng đầu trên thế giới, ngành thủy sản hiện tại chiếm 4% GDP, 8% xuất khẩu và 9% lực lượng lao động (khoảng 3,4 triệu người) của cả nước Nhóm hàng chủ đạo trong xuất khẩu thủy sản của Việt Nam là cá tra, cá basa, tôm và các động vật thân mềm như mực, bạch tuộc, nghêu, sò,

Đi kèm theo sự phát triển về ngành chế biến thủy sản đó là vấn đề môi trường Vấn

đề môi trường chính trong ngành là việc sử dụng số lượng lớn nước sạch cho chế biến, bao gồm rửa nguyên liệu và sản xuất, cho việc vệ sinh máy móc, thùng chứa hoặc xả nước tại sàn làm việc, rã đông và ngâm muối Chế biến thủy sản đông lạnh tiêu thụ một lượng lớn nước, khoảng 70 - 120 m3/tấn cho sản xuất, tương đương với

32 - 60 m3/tấn đối với cá thô Nước thải thường do nhà máy chế biến cá có tải lượng chính là chất vô cơ và chất dinh dưỡng, Một ảnh hưởng quan trọng khác trong nước thải công nghiệp là hàm lượng muối cao (Na+, Cl-, SO42-), do cả nguyên liệu sống và nước biển được dùng trong nhiều khâu chế biến khác nhau Lượng BOD5trung bình trong khoảng 300 đến 2.000 mg/l; COD trung bình trong khoảng 300-3.000 mg/l Nước thải chứa hàm lượng SS cao, khoảng 200 – 1.000 mg/l Nước thải thùy sản cũng bị ô nhiễm chất dinh dưỡng với hàm lượng Nito khá cao từ 50 – 200 mg/l Ngoài ra, trong nước thải của ngành chế biến thủy hải sản có chứa các thành phần hữu cơ mà khi bị phân hủy sẽ tạo ra các sản phẩm trung gian của sự phân hủy

các acid béo không bão hòa, tạo mùi khó chịu, còn gây ô nhiễm về mặt cảm quan và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người làm việc

1.1.1.2 Công nghiệp thuộc da

Công nghiệp thuộc da là một ngành công nghiệp đang phát triển tại Việt Nam Chất lượng và số lượng sản phẩm toàn ngành tăng dần theo thời gian: năm 2004 cả nước sản xuất được 39 triệu sqft, năm 2005 là 47 triệu sqft và năm 2008 đạt được 130 triệu sqft Theo dự báo của các chuyên gia, nhu cầu da thuộc trên thế giới và trong nước trong thời gian tới là rất lớn Nếu như vào năm 1998, nhu cầu của thị trường thế giới là 16 tỷ sqft, sang năm 2005 là 17 tỷ sqft, thì năm 2010 là 20 tỷ sqft Thị trường trong nước cũng vậy, năm 1998 là 60 triệu sqft, năm 2005 là 80 triệu sqft và năm 2010 sẽ là 100 triệu sqft

Tuy là một ngành phát triển nhưng công nghiệp thuộc da Việt Nam còn nhiều điểm hạn chế Phần lớn công nghệ thuộc da ở Việt Nam còn ở mức trung bình khá so với các công nghệ tiên tiến trên thế giới Có một khoảng cách về trình độ công nghệ giữa các doanh nghiệp trong cả nước Mức tiêu thụ tài nguyên cho một tấn da nguyên liệu của các doanh nghiệp thuộc da trong nước vẫn cao hơn so với các nước khác cùng áp dụng công nghệ thuộc truyền thống Nếu như lượng nước sử dụng tại Việt Nam là 35 - 40 m3/tấn da nguyên liệu thì mức tiêu hao này ở các nước trong khu vực Đông Nam Á chỉ là 30 m3/tấn Hầu hết các công đoạn trong công nghệ thuộc da là quá trình ướt, có nghĩa là có sử dụng nước Định mức tiêu thụ nước khoảng 35 - 40 m3 cho 1 tấn da nguyên liệu Nếu như lượng nước sử dụng tại Việt Nam là 35 - 40 m3/tấn da nguyên liệu thì mức tiêu hao này ở các nước trong khu vực Đông Nam Á chỉ là 30 m3/tấn Tải lượng, thành phần của các chất gây ô nhiễm nước phụ thuộc vào lượng hóa chất sử dụng và lượng chất tách ra từ da

Trong công đoạn bảo quản, muối NaCl được sử dụng để ướp da sống, lượng muối

sử dụng từ 100 đến 300 kg cho 1 tấn da sống, khi thời tiết nóng ẩm có thể dùng muối Na2SiF6 để sát trùng Nước thải của công đoạn này là nước rửa da trước khi ướp muối, nước loại này chứa tạp chất bẩn, máu mỡ, phân động vật, bùn đất

Trong quá trình hồi tươi có thể bổ sung các chất tẩy NaOCl, Na2CO3 để tẩy mỡ và duy trì pH = 7,5 – 8 cho môi trường ngâm da Nước thải của công đoạn hồi tươi có màu vàng lục chứa các protein tan như albumin, các chất bẩn bám vào da và có hàm lượng muối cao Do có vi khuẩn nên nước thải của công đoạn này rất nhanh bị thối rữa

Nước thải của công đoạn ngâm vôi và khử lông mang tính kiềm cao do môi trường ngâm da trong vôi để khử lông có độ pH thích hợp từ 11 – 12,5 Nước thải của công đoạn này chứa muối NaCl, vôi, chất rắn lơ lửng do lông vụn, vôi, chất hữu cơ, Trong thuộc da còn sử dụng lượng nước lớn kết hợp với muối NH4+ để tách lượng vôi còn lại bám trong da và làm mềm da bằng men tổng hợp hay men vi sinh và nước thải xả ra còn có chứa hàm lượng Cr3+

cao (100 - 200 mg/l)

1.1.1.3 Ngành sản xuất rau quả đóng hộp

Muối là thành phần chính được sử dụng trong những công đoạn như thêm gia vị, bảo quản hoặc tùy theo điều kiện yêu cầu dành cho sản phẩm Vì vậy lượng nước thải ra có lượng muối cao, không ổn định tùy thuộc vào từng loại rau Ngoài các công đoạn sử dụng muối trên thì nước muối còn được sử dụng cho quá trình súc rửa sau khi lên men giấm cũng như các thiết bị sư dụng cho quá trình làm giấm hoặc các bể lên men Thành phần này cũng thay đổi phù thuộc vào loại sản phẩm hoặc nguồn nguyên liệu thô, lượng nước thải khoảng từ 10 – 120 m3/tấn sản phâm

Bảng 1.1 Nhu cầu muối cho các loại rau quả đóng hộp

1.1.1.4 Ngành công nghiệp hóa dầu – vận tải biển

Hàng năm, hàng triệu tấn nước thải có lẫn dầu được thải ra môi trường Lượng nước thải này chủ yếu là ở phòng kỹ thuật, sử dụng rửa đáy tàu cũng như rửa các bể chứa dầu với hàm lượng muối trong nước thải cao lên đến 25.000 ppm (Mancini, Cappello et al., 2012)

Từ những thông tin trên, có thể nhận thấy các ngành công nghiệp chế biến thủy sản, thuộc da đang tạo ra lượng nước thải kèm lượng muối rất lớn Nước thải này nếu thải ra ngoài môi trường không qua hệ thống xử lý sẽ tác động rất lớn đến môi trường Tuy nhiên, khi đi qua hệ thống xử lý nước thải, việc có mặt hàm lượng muối cao cũng ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống, cụ thể là tác động đến hiệu quả của quá trình xử lý sinh học Không những ngành công nghiệp chế biến thủy sản, thuộc da

mà còn những ngành công nghiệp khác như thực phẩm đóng gói, chế biến dầu, sản xuất phomat, cũng tạo ra nhiều nước thải chứa hàm lượng muối cao Chính vì thế việc nghiên cứu ảnh hưởng của muối và tìm phương pháp xử lý phù hợp nhưng chi

phí thấp cho nước thải nhiễm mặn là rất cần thiết

1.1.2 Tổng quan các nghiên cứu về xử lý nước thải nhiễm mặn

1.1.2.1 Các nghiên cứu ngoài nước

Có những loài vi sinh vật cần muối ăn để tăng trưởng được gọi là các VSV halophilic Nồng độ muối nội bào của các VSV halophilic (ưa muối) và chịu muối (halotolerant) thường thấp và chúng duy trì một cân bằng thẩm thấu giữa dịch bào (cytoplasm) của chúng với môi trường bên ngoài bằng cách tích lũy ở hàm lượng cao các chất tan thẩm thấu hữu cơ khác nhau Bởi vậy, việc sử dụng các VSV chịu muối trong các hệ thống xử lý sinh học có thể là giải pháp loại bỏ COD trong nước thải nhiễm mặn (Kapdan, 2007) Hiện nay có nhiều chủng VSV kỵ khí ưa mặn đã

được phân lập như Haloanaerobacter chitinovorans, Haloanaerobium congolense,

Haloanaerobium lacusrosei, Haloanaerobium praevalens, Haloanaerobium alkaliphilum, trong đó Haloanaerobium praevalens được ghi nhận có khả năng loại

carbon cao (Dincer và Kargi)

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối khác nhau lên hiệu suất xử lý của quá trình kỵ khí, Ilgi Karapinar Kapdan, Burcu Erten (2005) đã thực hiện đề tài: ”Xử lý

kỵ khí trong nước thải nhiễm mặn bằng vi khuẩn ưa mặn Halanerobium

lacusrosei” Nhóm nghiên cứu đã thiết lập mô hình kỵ khí liên tục với hỗn hợp

nước thải nhiễm mặn ở các nồng độ COD ban đầu khác nhau (CODo = 1.900 – 6.300 mg/L), nồng độ muối (0 - 5%) và thời gian lưu (θ = 11 – 30h) để nghiên cứu thông số vận hành lên hiệu quả loại COD từ nước thải nhiễm mặn Vi khuẩn kỵ khí

chịu mặn, Halanaerobium lacusrosei, được sử dụng như vi khuẩn chính trong quá

trình xử lý Kết quả đạt được là hiệu suất loại COD lên đến 94% ở CODo = 1.900 mg/l, thời gian lưu 19h và nồng độ muối 3% Sau đó, thời gian lưu thay đổi từ 11h đến 30 h, hiệu suất xử lý tăng từ 60% đến 80% ở nồng độ CODo = 3.400 mg/l và nồng độ muối 3% Sự ức chế của muối ảnh hưởng lên hiệu quả loại COD được theo dõi ở nồng độ muối trên 3% Kết quả của nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả xử lý đã giảm khi tăng nồng độ muối, bên cạnh đó, hiệu quả xử lý giảm rõ rệt khi nồng độ COD tăng lên 3.445 mg/l với hiệu suất 70% với nồng độ muối 3% và giảm thời gian lưu xuống 19h Nghiên cứu đã chứng tỏ sự ảnh hưởng của muối đến quá trình phân hủy sinh học kỵ khí, ngay cả đối với các vi khuẩn có khả năng chịu mặn

Một nghiên cứu khác của R Riffat, Krongthamchat (2005) về “Hoạt động quá trình sinh methane của vi khuẩn chịu mặn trong xử lý nước thải nhiễm mặn”, cũng đã được thực hiện Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nước thải có nồng độ muối cao gây nên

sự khó khăn trong việc xử lý sinh học, cụ thể là quá trình kỵ khí Mục đích của nghiên cứu còn chỉ ra hoạt động của vi sinh vật sinh methane ưa mặn, sự phân hủy bùn ở các nồng độ muối khác nhau trong cùng điều kiện và 2 nhiệt độ khác nhau Đối với vi khuẩn ưa mặn, ở 35oC, hoạt động của vi sinh vật sinh methane (gọi tắt là SMA) có thể xử lý 0,46 đến 0,9 g acetate/gVSS.ngày, nhưng bị giảm xuống khi ở nồng độ muối cao hơn Có thể thấy, nồng độ muối cao đã ảnh hưởng đáng kể đến sự phân hủy bùn kỵ khí và một thí nghiệm khác được thực hiện ở 25oC đã chứng minh điều đó, khi nồng độ muối là 15 g/l, bùn cần đến 23 ngày để thích nghi với điều

kiện đó Khi nồng độ muối tăng đến 30 g/l và cao hơn, hoạt tính của bùn không thể được phục hồi khi bùn đã thích nghi đến hơn 45 ngày

Banu và Kakiappan (2007) đã thực hiện nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da với thiết bị bùn kỵ khí lai hợp (AF) Ưu điểm của thiết bị này là kết hợp cả lớp màng vi sinh cố định và bùn kỵ khí dòng chảy ngược để xử lý Thiết bị đã hoạt động 370 ngày, với thời gian lưu nước tương ứng là 60 h và 70 h Nồng độ COD và Tannin trong dòng thải tương ứng là 14.000 mg/l và 1.987 mg/l Các thiết bị phản ứng đáp ứng tối đa tải lượng COD tương ứng là 2,74 kg COD/m3

.ngày và 3,14 kg COD/m3.ngày với thời gian lưu là 70 h và 60 h Họ cũng nhận ra rằng việc tăng tải lượng lớn hơn 2,74 kg COD/m3.ngày và 3,14 kg COD/m3.ngày đã làm giảm hiệu suất xử lý (Trích Lê Công Nhất Phương)

Rajasimman et al (2007) đã nghiên cứu hiệu suất xử lý của UASB cho xử lý cả chất thải rắn và chất thải lỏng của công nghệ thuộc da Trong nghiên cứu này, thiết bị phản ứng hoạt đông ở tải trọng thay đổi từ 5 -12 kg m3/ngày Từ những kết quả hoạt động, thấy rằng khả năng loại bỏ COD khoảng 36 – 85% và loại bỏ BOD khoảng 65 – 93% Khí sinh ra khoảng 2 – 15 lít trên tải trọng hữu cơ được nghiên cứu (Trích

Lê Công Nhất Phương)

Các quá trình sinh học được ứng dụng nhiều nhất để xử lý nước thải thuộc da ở Ấn

Độ là quá trình bùn hoạt tính (ASP) và quá trình kỵ khí dòng chảy ngược (UASB) (Jawahar et al., 1998; Kadam, 1990; Rajamani et al., 1995) Xử lý nước thải dựa trên phương pháp bùn hoạt tính thường tốn chi phí hơn cho quá trình vận hành và bảo trì thiết bị, trong khi đó xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí dòng chảy ngược lại ít tốn chi phí vận hành hơn và đặc biệt là nó rất thích hợp trong điều kiện khí hậu nhiệt đới (Rajamani et al., 1995, 1997) (Trích Lê Công Nhất Phương) Một nghiên cứu khác đã tìm hiểu rõ hơn về hiệu quả sử dụng bùn hoạt tính trong xử

lý nước thải là:”Ảnh hưởng của nồng độ muối khác nhau lên hiệu suất của hệ thống

sử dụng bùn hoạt tính” được thực hiện bời nhóm tác giả Jian-Long Wang, Xin-Min

Zhan, Ye-Cheng Feng and Yi Qian (2005) Nhóm nghiên cứu đã thực hiện thiết lập

một thí nghiệm xử lý bằng lò phản ứng Thí nghiệm được thực hiện với 2 mô hình

lò phản ứng trong Plexiglass và sục khí để làm tăng khả năng xử lý của quá trình hiếu khí Các lò phản ứng được vận hành theo từng đợt, mỗi lò sẽ hoạt động với 5 L nước thải và 0,5 L bùn hoạt tính (MLSS 6 g/L) được lấy từ một nhà máy xử lý nước thải Các mẻ thí nghiệm sẽ được vận hành trong 1 tháng với HRT mỗi mẻ là 23 h Các mẻ phản ứng và các nồng độ muối (NaCl) khác nhau sẽ được đưa vào sau 1 h thích nghi Kết quả thu được cho thấy hiệu quả loại bỏ TOC và giá trị OUR của bùn hoạt tính không bị ảnh hưởng nhiều ở nồng độ muối 0,5 g/L Tuy nhiên, khi nồng

độ NaCl trong mẻ là 10 g/L và 20 g/L, OUR của bùn hoạt tính giảm 35% và hiệu quả loại bỏ TOC giảm 30% khi so sánh với mẻ đối chứng không có NaCl

Hiệu suất của xử lý sinh học nước thải nhiễm mặn thì thường thấp do ảnh hưởng của muối lên vi sinh vật Nồng độ muối cao trong nước thải là nguyên nhân gây nên

tế bào chết, nếu như vi sinh vật chưa kịp thích nghi như vậy làm giảm hiệu suất loại

bỏ COD Fikret Kargi và Ali R.Dincer (2003) đã thực hiện thí nghiệm tương tự như

vậy để xác định ảnh hưởng của muối lên xử lý sinh học của nước thải nhiễm mặn, với nước thải tổng hợp bao gồm mật mía được pha loãng, ure, KH2PO4 và muối (NaCl) với các nồng độ khác nhau Nước thải sau khi pha được tiến hành xử lý trong điều kiện kỵ khí trong lò phản ứng sinh học hàng loạt Quá trình thí nghiệm cũng đã chỉ ra sự thay đổi trong hiệu quả loại bỏ COD tỉ lệ nghịch với nồng độ muối khi thay đổi nồng độ muối từ 1 - 5%

Duksoo Jang, Yuhoon Hwang, Hangsik Shin, Wontae Lee (2013) tiến hành nghiên cứu: “Ảnh hưởng của độ mặn cao lên hiệu suất và sự tắc nghẽn của màng sinh học (membrane bioreactor)” với nước thải nhiễm mặn Nghiên cứu được tiến hành với nước thải tổng hợp chứa 5 - 20 g/L muối (NaCl) đã được xử lý bằng màng sinh học trong điều kiện phòng thí nghiệm, được giám sát khả năng loại bỏ Carbon hữu cơ (DOC) và amoni Mô hình thí nghiệm là hệ thống MBR bao gồm bể xử lý dùng bùn hoạt tính với thể tích 7 L, trong đó có một modun màng sinh học được đặt Từ kết quả thực hiện mô hình nghiên cứu, các nhà khoa học cho thấy rằng việc tăng nồng

việc loại bỏ amoni thì bị giảm đáng kể từ 87% xuống 46% khi tăng nồng độ muối, quá trình nitrat hóa bị cản trở đáng kể bởi độ mặn cao ở giai đoạn đầu Kết quả còn chỉ ra mối quan hệ giữa tải lượng gây sốc của độ mặn và đặc tính của sinh khối, sự

đa dạng của vi sinh vật bị giảm do sự tăng đột ngột nồng độ muối cao và sự thay đổi của thành phần vi sinh vật ảnh hưởng đến hiệu suất màng MBRs Sự tắc nghẽn ở các màng gia tăng do áp lực thẩm thấu từ tác động của nồng độ muối cao đến hoạt động của các lỗ màng

Nước thải nhiễm dầu của tàu biển, chủ yếu từ các buồng động cơ (bilge waters) và

từ công đoạn rửa các tăng chứa dầu là loại nước thải rất ô nhiễm và khó xử lý vì chúng chứa các chất khó phân hủy và độc hại đối với môi trường đồng thời nhiễm mặn tới mức 25.000 mg/l Do đó công nghệ sinh học được quan tâm áp dụng nhằm

xử lý trước hết là nước thải vệ sinh tàu dầu Đặc biệt, công nghệ tái sinh sinh học đối với than hoạt tính hạt (GAC) đã bão hòa các hợp chất chứa trong nước thải cặn dầu được thải bỏ và Thiết bị lọc màng sinh học (Biofilm Membrane Bioreactor –

BF MBR đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy việc sử dụng các VSV thích nghi với nước mặn có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm là rất khả thi (Mancini G etal, 2012)

Cũng gần như nghiên cứu trên, E.Reid, Xingrong Liu, S.J Judd cũng đã nghiên cứu

sự ảnh hưởng của độ mặn cao trên đặc tính của bùn hoạt tính và hiệu suất của quá trình xử lý sinh học bằng màng trên quy mô pilot Các phản ứng sinh học trong mô hình phải chịu những cú sốc trong độ mặn đến 5g/L Độ mặn cao tác động tiêu cực đến tính thấm của tế bào, hiệu quả loại bỏ COD, NH3-N Khi muối được loại bỏ khỏi màng sinh học thì hiệu quả loại COD và NH3-N được phục hồi Kết quả còn cho thấy độ mặn cao còn ảnh hướng lớn đến tính chất hóa sinh của bùn hoạt tính, tăng nồng độ SMP (the soluble microbial product) và EPS (extracted extracellular polymeric substances), cũng như giảm tính thấm của màng Khi giảm nồng độ muối các thông số trở lại bình thường như ban đầu Bên cạnh đó các thông số vật lý của bùn hoạt tính như kích thước hạt, CST (capillary suction time) và độ đục cũng bị tác

động do nồng độ muối cao Một mối liên quan nữa giữa độ thấm và SMP cũng được tìm hiểu và cho thấy việc tăng SMP ảnh hưởng đến việc tắc nghẽn màng sinh học

1.1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

“Nghiên cứu thích nghi bùn hoạt tính với môi trường có độ muối cao nhằm áp dụng

xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản” Do nhóm tác giả Phan Thị Hồng Ngân, Huỳnh Thị Phúc, Phạm Khắc Liệu; Đại học Khoa học, Đại học Huế (2010) thực hiện, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm bao gồm thích nghi của bùn hoạt tính ở dạng mẻ và liên tục Ở thí nghiệm mẻ, với môi trường có nồng độ muối 0,3 - 0,9%,

sự thay đổi OUR theo thời gian tăng khá ổn định Tuy nhiên, khi tăng nồng độ muối 1,2 – 1,5%, OUR giảm đi rõ rệt Với môi trường có nồng độ muối 1,5%, hoạt tính

đã giảm đi 39% so với mẫu đối chứng Hiệu quả loại COD giảm từ 94 - 34% khi tăng dần nồng độ muối, riêng môi trường có độ muối 15‰ có khả năng loại COD là 68% sau 31 ngày thích nghi

Ở thí nghiệm liên tục, ban đầu OUR giảm mạnh khi có sự tăng độ muối, tuy nhiên sau đó tăng trở lại từ nồng độ muối 0,6% sau 12 ngày Sau 31 ngày, nồng độ muối tăng lên 1,5%, OUR giảm 20% so với mẫu đối chứng Cả 2 thí nghiệm đều cho thấy sau 12 ngày tiếp xúc, bùn hoạt tính có thể bắt đầu phục hồi hoạt tính và sau khoảng

30 ngày, bùn có thể thích nghi với môi trường có độ muối 1,5%; bên cạnh đó cũng chứng minh được ảnh hưởng của nồng độ muối đến quá trình xử lý của hệ thống

Đề tài:”Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý nước thải từ quy trình sản xuất nước tương bằng công nghệ UASB”, Nguyễn Trọng Cang, 2010 Nghiên cứu được tiến hành với môi trường thử nghiệm bằng cột xử lý UASB, điều kiện vận hành với COD đầu vào 2.000 mg/l, nồng độ muối: 0,5 - 0,9%, pH: 5,5 – 6,7; HRT: 24 giờ; lưu lượng: 10 l/ ngày; vận tốc nước dâng: 0,042 m/h Kết quả thí nghiên cứu ngày cho thấy nồng độ muối trong nước thải ảnh hưởng đến hiệu quả loại COD bị giảm xuống khi tăng nồng độ muối lên 0,9%, không có hiệu quả loại

bỏ N-NH4+, P-PO4 Nếu xử lý nước thải này bằng công nghệ UASB, công nghệ hoàn toàn đáp ứng được với hiệu suất 70 - 84%, nếu nồng độ muối đầu vào của

nước thải đầu vào có hàm lượng muối thấp hơn 0,9% Ngược lại nếu nồng độ muối lớn hơn 0,9% thì sẽ gây chết vi sinh vật, từ đó làm sụt giảm hiệu quả xử lý

Tóm lại, nước thải nhiễm mặn là một đối tượng khá đa dạng và phức tạp, nhưng có đặc điểm chung là có nồng độ muối cao, đòi hỏi những công nghệ xử lý đặc biệt, phù hợp với đối tượng này Trên thế giới trong khoảng 15 năm gần đây cũng đã có một số công trình nghiên cứu về chủ đề này, tập trung chủ yếu vào các nội dung như sử dụng các vi khuẩn chịu mặn (halotolerant) và ưa mặn (halophilic), cũng như một số chủng nấm men với các kỹ thuật hiếu khí kết hợp với màng lọc, ở quy mô phòng thí nghiệm Tuy nhiên kỹ thuật kỵ khí và nghiên cứu quy mô pilot là những vấn đề còn ít được đề cập Riêng ở Việt Nam, trong khi các đối tượng nghiên cứu khá rõ, và yêu cầu rất cấp bách, lại chưa có các công trình nghiên cứu cấp bộ và cấp nhà nước nào về công nghệ xử lý nước thải nhiễm mặn nào được thực hiện trong những năm gần đây

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1.2.1 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải

Phương pháp xử lý cơ học sử dụng nhằm mục đích tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải.Những công trình xử lý cơ học bao gồm:

1.2.1.1 Phương pháp cơ học

a Song chắn rác

Song chắn rác nhằm chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hay ở dạng sợi: giấy, rau cỏ, rác … được gọi chung là rác Rác được chuyển tới máy nghiền để nghiền nhỏ, sau đó đổ trở lại trước song chắn rác hoặc chuyển tới bể phân hủy cặn (bể mêtan) Đối với các tạp chất < 5 mm thường dùng lưới chắn rác Cấu tạo của thanh chắn rác gồm các thanh kim loại tiết diện chử nhật, hình tròn hoặc bầu dục Song chắn rác được chia làm 2 loại di động hoặc cố định Song chắn rác được đặt nghiêng một góc 60 – 900 theo hướng dòng chảy

b Bể lắng cát

Bể lắng cát dùng để tách các chất bẩn vô cơ có trọng lượng riêng lớn hơn nhiều so với trọng lượng riêng của nước như xỉ than, cát,… ra khỏi nước thải Cát từ bể lắng cát đưa đi phơi khô ở sân phơi và cát khô thường được sử dụng lại cho những mục

đích xây dựng

c Bể lắng

Bể lắng dùng để tách các chất lơ lửng có trọng lượng riêng lớn hơn trọng lượng riêng của nước Chất lơ lửng nặng hơn sẽ từ từ lắng xuống đáy, còn chất lơ lửng nhẹ hơn sẽ nổi lên mặt nước Dùng những thiết bị thu gom và vận chuyển các chất bẩn

lắng và nổi (ta gọi là cặn) tới công trình xử lý cặn

+ Dựa vào chức năng, vị trí có thể chia bể lắng thành các loại: bể lắng đợt 1 trước công trình xử lý sinh học và bể lắng đợt 2 sau công trình xử lý sinh học

+ Dựa vào nguyên tắc hoạt động, người ta có thể chia ra các loại bể lắng như:

bể lắng hoạt động gián đoạn hoặc bể lắng hoạt động liên tục

+ Dựa vào cấu tạo có thể chia bể lắng thành các loại như sau: bể lắng đứng, bể lắng ngang, bể lắng ly tâm và một số bể lắng khác

xốp, nó cho nước đi qua và giữ pha phân tán lại Quá trình diễn ra dưới tác dụng của

áp suất cột nước

Phương pháp xử lý cơ học có thể loại bỏ được đến 60% tạp chất không hòa tan có trong nước thải và giảm BOD đến 30% Để tăng hiệu suất công tác của các công trình xử lý cơ học có thể dùng biện pháp thoáng sơ bộ, thoáng gió đông tụ sinh học, hiệu quả xử lý có thể đạt tới 75% theo hàm lượng chất lơ lửng và 40-50% theo

BOD

Trong số các công trình xử lý cơ học có thể kể đến bể tự hoại, bể lắng hai vỏ, bể lắng trong có ngăn phân huỷ là những công trình vừa để lắng vừa để phân huỷ cặn lắng

1.2.1.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hoá lý là áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh

Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là: keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc,…

a Phương pháp đông tụ và keo tụ

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn huyền phù nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách có hiệu quả bằng phương pháp lắng, cần tăng kích thước của chúng nhờ sự tác động tương hổ giữa các hạt phân tán liên kết thành tập hợp các hạt, nhằm tăng vận tốc lắng của chúng Việc khử các hạt keo rắn bằng lắng trọng lượng đòi hỏi trước hết cần trung hòa điện tích của chúng, thứ đến là liên kết chúng với nhau Quá trình trung hòa điện tích thường được gọi là

quá trình đông tụ (coagulation), còn quá trình tạo thành các bông lớn hơn từ các hạt nhỏ gọi là quá trình keo tụ (flocculation)

- Phương pháp đông tụ

Quá trình thuỷ phân các chất đông tụ và tạo thành các bông keo xảy ra theo các giai đoạn sau:

Me3 + HOH  Me(OH)2+ + H+

Me(OH)2+ + HOH  Me(OH)+ + H+

Me(OH)+ + HOH  Me(OH)3 + H+

Me3+ + 3HOH  Me(OH)3 + 3 H+

Chất đông tụ thường dùng là muối nhôm, sắt hoặc hoặc hỗn hợp của chúng Việc chọn chất đông tụ phụ thuộc vào thành phần, tính chất hoá lý, giá thành, nồng độ tạp chất trong nước, pH

Các muối nhôm được dùng làm chất đông tụ: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al(OH)2Cl, Kal(SO4)2.12H2O, NH4Al(SO4)2.12H2O Thường sunfat nhôm làm chất đông tụ vì hoạt động hiệu quả pH = 5 – 7.5, tan tốt trong nước, sử dụng dạng khô hoặc dạng dung dịch 50% và giá thành tương đối rẽ

Các muối sắt được dùng làm chất đông tụ: Fe(SO)3.2H2O, Fe(SO4)3.3H2O, FeSO4.7H2O và FeCl3. Hiệu quả lắng cao khi sử dụng dạng khô hay dung dịch10 -15%

- Phương pháp keo tụ

Keo tụ là quá trình kết hợp các hạt lơ lửng khi cho các chất cao phân tử vào nước Khác với quá trình đông tụ, khi keo tụ thì sự kết hợp diễn ra không chỉ do tiếp xúc trực tiếp mà còn do tương tác lẫn nhau giữa các phân tử chất keo tụ bị hấp phụ trên các hạt lơ lửng

Sự keo tụ được tiến hành nhằm thúc đẩy quá trình tạo bông hydroxyt nhôm và sắt với mục đích tăng vận tốc lắng của chúng Việc sử dụng chất keo tụ cho phép giảm chất đông tụ, giảm thời gian đông tụ và tăng vận tốc lắng

Cơ chế làm việc của chất keo tụ dựa trên các hiện tượng sau: hấp phụ phân tử chất keo trên bề mặt hạt keo, tạo thành mạng lưới phân tử chất keo tụ Sự dính lại các hạt keo do lực đẩy Vanderwalls Dưới tác động của chất keo tụ giữa các hạt keo tạo thành cấu trúc 3 chiều, có khả năng tách nhanh và hoàn toàn ra khỏi nước

Chất keo tụ thường dùng có thể là hợp chất tự nhiên và tổng hợp chất keo tự nhiên

là tinh bột, ete, xenlulo, dectrin (C6H10O5)n và dioxyt silic hoạt tính (xSiO2.yH2O)

b Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng rắn hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng Trong xử lý nước thải, tuyển nổi thường được sử dụng để khử các chất lơ lửng và làm đặc bùn sinh học

Ưu điểm cơ bản của phương pháp này so với phương pháp lắng là có thể khử được hoàn toàn các hạt nhỏ hoặc nhẹ, lắng chậm, trong một thời gian ngắn Khi các hạt

đã nổi lên bề mặt, chúng có thể thu gom bằng bộ phận vớt bọt

Quá trình tuyển nổi được thực hiện bằng cách sục các bọt khí nhỏ (thường là không khí) vào trong pha lỏng Các khí đó kết dính với các hạt và khi lực nổi của tập hợp các bóng khí và hạt đủ lớn sẽ kéo theo hạt cùng nổi lên bề mặt, sau đó chúng tập hợp lại với nhau thành các lớp bọt chứa hàm lượng các hạt cao hơn trong chất lỏng ban đầu

c Hấp phụ

Phương pháp hấp phụ được dùng rộng rãi để làm sạch triệt để nước thải khỏi các chất hữu cơ hòa tan sau khi xử lý sinh học cũng như xử lý cục bộ khi nước thải có chứa một hàm luợng rất nhỏ các chất đó Những chất này không phân huỷ bằng con đường sinh học và thường có độc tính cao Nếu các chất cần khử bị hấp phụ tốt và

khi chi phí riêng lượng chất hấp phụ không lớn thì viêc ứng dụng phương pháp này

là hợp lý hơn cả

Các chất hấp phụ thường được sử dụng như: than hoạt tính, các chất tổng hợp và chất thải của vài ngành sản xuất được dùng làm chất hấp phụ (tro, rỉ, mạt cưa …) Chất hấp phụ vô cơ như đất sét, silicagen, keo nhôm và các chất hydroxit kim loại ít được sử dụng vì năng lượng tương tác của chúng với các phân tử nước lớn Chất hấp phụ phổ biến nhất là than hoạt tính, nhưng chúng cần có các tính chất xác định như: tương tác yếu với các phân tử nước và mạnh với các chất hữu cơ, có lỗ xốp thô

để có thể hấp phụ các phân tử hữu cơ lớn và phức tạp, có khả năng phục hồi Ngoài

ra, than phải bền với nước và thấm nước nhanh Quan trọng là than phải có hoạt tính xúc tác thấp đối với phản ứng oxy hoá bởi vì một số chất hữu cơ trong nước thải có khả năng bị oxy hoá và bị hoá nhựa Các chất hoá nhựa bít kín lổ xốp của than và cản trở việc tái sinh nó ở nhiệt độ thấp

d Phương pháp trao đổi ion

Trao đổi ion là một quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau Các chất này gọi là các ionit (chất trao đổi ion), chúng hoàn toàn không tan trong nước

Các chất có khả năng hút các ion dương từ dung dịch điện ly gọi là cationit, những chất này mang tính axit Các chất có khả năng hút các ion âm gọi là anionit và chúng mang tính kiềm Nếu như các ionit nào đó trao đổi cả cation và anion gọi là các ionit lưỡng tính

Phương pháp trao đổi ion thường được ứng dụng để loại ra khỏi nước các kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Mn, các hợp chất của Asen, photpho, Cyanua và các chất phóng xạ,…

Các chất trao đổi ion là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp nhân tạo Các chất trao đổi ion vô cơ tự nhiên gồm có các zeolit, kim loại khoáng chất, đất sét, fenspat, chất mica khác nhau, vô cơ tổng hợp gồm silicagen,

như nhôm, crôm, ziriconi, Các chất trao đổi ion hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên gồm axit humic và than đá chúng mang tính axit, các chất có nguồn gốc tổng hợp là các nhựa có bề mặt riêng lớn là những hợp chất cao phân tử

e Các quá trình tách bằng màng

Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác nhau Viêc ứng dụng màng để tách các chất phụ thuộc vào độ thấm của các hợp chất đó qua màng Người ta dùng các kỹ thuật như: điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình tương tự khác

Thẩm thấu ngược và siêu lọc là quá trình lọc dung dịch qua màng bán thẩm thấu, dưới áp suất cao hơn áp suất thấm lọc Màng lọc cho các phân tử dung môi đi qua

và giữ lại các chất hòa tan Sự khác biệt giữa hai quá trình là ở chổ siêu lọc thường được sử dụng để tách dung dịch có khối lượng phân tử trên 500 và có áp suất thẩm thấu nhỏ (ví dụ như các vi khuẩn, tinh bột, protein, đất sét …) Còn thẩm thấu ngược thường được sử dụng để khử các vật liêucó khối lượng phân tử thấp và có áp suất cao

f Phương pháp điện hoá

Mục đích của phương pháp này là xử lý các tạp chất tan và phân tán trong nước thải, có thể áp dụng trong quá trình oxy hoá dương cực, khử âm cực, đông tụ điện

và điện thẩm tích Tất cả các quá trình này đều xảy ra trên các điện cực khi cho dòng điện 1 chiều đi qua nước thải

Các phương pháp điện hoá giúp thu hồi các sản phẩm có giá trị từ nước thải với sơ

đồ công nghệtương đối đơn giản, dễ tự động hoá và không sử dụng tác chất hoá học Nhược điểm lớn của phương pháp này là tiêu hao điện năng lớn

Việc làm sạch nước thải bằng phương pháp điện hoá có thể tiến hành gián đoạn hoặc liên tục

Hiệu suất của phương pháp điện hoá được đánh giá bằng 1 loạt các yếu tố như mật

độ dòng điện, điện áp, hệ số sử dụng hữu ích điện áp, hiệu suất theo dòng, hiệu suất theo năng lượng

g Phương pháp trích ly

Trích ly pha lỏng được ứng dụng để làm sạch nước thải chứa phenol, dầu, axit hữu

cơ, các ion kim loại … Phương pháp này được ứng dụng khi nồng độ chất thải lớn hơn 3 - 4 g/l, vì khi đó giá trị chất thu hồi mới bù đắp chi phí cho quá trình trích ly Làm sạch nước thải bằng phương pháp trích ly bao gồm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn thứ nhất: Trộn mạnh nước thải với chất trích ly (dung môi hữu cơ)

trong điều kiện bề mặt tiếp xúc phát triển giữa các chất lỏng hình thành 2 pha lỏng Một pha là chất trích với chất được trích, còn pha khác là nước thải với

chất trích

+ Giai đoạn thứ hai: Phân riêng hai pha lỏng nói trên

+ Giai đoạn thứ ba: Tái sinh chất trích ly

Để giảm nồng độ tạp chất tan thấp hơn giới hạn cho phép cần phải chọn đúng chất trích và vận tốc của nó khi cho vào nước thải

1.2.1.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học

Các phương pháp hoá học dùng trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hoá

và khử Tất cả các phương pháp này đều dùng các tác nhân hoá học nên là phương pháp đắt tiền Người ta sử dụng các phương pháp hoá học để khử các chất hòa tan

và trong các hệ thống cấp nước khép kín Đôi khi các phương pháp này được dùng

để xử lý sơ bộ trước xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là một phương pháp

xử lý nước thải lần cuối để thải vào nguồn

a Phương pháp trung hoà

Nước thải chứa các axit vô cơ hoặc kiềm cần được trung hòa đưa pH về khoảng 6,5

- 8,5 trước khi thải vào nguồn nước hoặc sử dụng cho công nghệ xử lý tiếp theo

Trung hòa nước thải có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:

+ Trộn lẫn nước thải axit với nước thải kiềm

+ Bổ sung các tác nhân hoá học

+ Lọc nước axit qua vật liệu có tác dụng trung hoà

+ Hấp thụ khí axit bằng nước kiềm hoặc hấp thụ amoniac bằng nước axit

Việc lựa chọn phương pháp trung hòa là tuỳ thuộc vào thể tích và nồng độ nước thải, chế độ thải nước thải, khả năng sẳn có và giá thành của các tác nhân hoá học Trong quá trình trung hòa, một lượng bùn cặn được tạo thành Lượng bùn này phụ thuộc vào nồng độ và thành phần của nước thải cũng như loại và lượng các tác nhân

sử dụng cho quá trình

b Phương pháp oxy hoá khử

Mục đích của phương pháp này là chuyển các chất ô nhiễm độc hại trong nước thải thành các chất ít độc hơn và được loại ra khỏi nước thải Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn các tác nhân hoá học, do đó quá trình oxy hoá hoá học chỉ được dùng trong những trường hợp khi các tạp chất gây ô nhiễm bẩn trong nước thải không thể tách bằng những phương pháp khác Thường sử dụng các chất oxy hoá như: Clo khí

và lỏng, nước Javen NaOCl, Kalipermanganat KMnO4, Hypocloric Canxi Ca(ClO)2,

H2O2, Ozon …

c Khử trùng nước thải

Sau khi xử lý sinh học, phần lớn các vi khuẩn trong nước thải bị tiêu diệt Khi xử lý trong các công trình sinh học nhân tạo (Aerophin hay Aerotank ) số lượng vi khuẩn giảm xuống còn 5%, trong hồ sinh vật hoặc cánh đồng lọc còn 1 - 2% Nhưng để tiêu diệt toàn bộ vi khuẩn gây bệnh, nước thải cần phải khử trùng Clo hoá, Ozon hoá, điện phân, tia cực tím …

1.2.1.4 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

Phương pháp xử lí sinh học là sử dụng khả năng sống, hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất bẩn hữu cơ có trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản vì thế sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá Phương pháp xử lý sinhhọc có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí (với sự có mặt của oxy) hoặc trong điều kiện kỵ khí (không có oxy)

Phương pháp xử lý sinhhọc có thể ứng dụng để làm sạch hoàn toàn các loại nước thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ Do vậy phương pháp này thường được áp dụng sau khi loại bỏ các loại tạp chất thô ra khỏi nước thải

Quá trình xử lý sinh học gồm các bước:

+ Chuyển hoá các hợp chất có nguồn gốc cacbon ở dạng keo và dạng hòa tan thành thể khí và thành các vỏ tế bào vi sinh

+ Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh vật và các chất keo vô

cơ trong nước thải

+ Loại các bông cặn ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng

a Xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện tự nhiên

Để tách các chất bẩn hữu cơ dạng keo và hòa tan trong điều kiện tự nhiên người ta

xử lí nước thải trong ao, hồ (hồ sinh vật) hay trên đất (cánh đồng tưới, cánh đồng lọc…)

- Hồ sinh học

Là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo còn gọi là hồ oxy hoá, hồ ổn định nước thải,… là hồ để xử lí nước thải bằng phương pháp sinh học Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ như vi khuẩn, tảo và các loại

thuỷ sinh vật khác, tương tự như quá trình làm sạch nguồn nước mặt Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hoá các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra

từ sự phân huỷ, oxy hoá các chất hữu cơ bởi vi sinh vật Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu Nhiệt độ không được thấp hơn

60C

Theo bản chất quá trình sinh hoá, người ta chia hồ sinh vật ra các loại hồ hiếu khí,

hồ sinh vật tuỳ tiện và hồ sinh vật yếm khí

- Cánh đồng tưới- Cánh đồng lọc

Cánh đồng tưới là những khoảng đất canh tác, có thể tiếp nhận và xử lý nước thải

Xử lý trong điều kiện này diễn ra dưới tác dụng của vi sinh vật, ánh sáng mặt trời, không khí và dưới ảnh hưởng của các hoạt động sống thực vật, chất thải bị hấp thụ

và giữ lại trong đất, sau đó các loại vi khuẩn có sẳn trong đất sẽ phân huỷ chúng thành các chất đơn giản để cây trồng hấp thụ Nước thải sau khi ngấm vào đất, một phần được cây trồng sử dụng Phần còn lại chảy vào hệ thống tiêu nước ra sông hoặc bổ sung cho nước nguồn

b Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học trong điều kiện nhân tạo

- Bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học là công trình nhân tạo, trong đó nước thải được lọc qua vật liệu rắn

có bao bọc một lớp màng vi sinh vật Bể lọc sinh học gồm các phần chính như sau: phần chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều lên toàn bộ bề mặt bể, hệ thống thu và dẩn nước sau khi lọc, hệ thống phân phối khí cho bể lọc Quá trinh oxy hoá chất thải trong bể lọc sinh học diển ra giống như trên cánh đồng lọc nhưng với cường độ lớn hơn nhiều Màng vi sinh vật đã sử dụng và xác vi sinh vật chết theo nước trôi khỏi bể được tách khỏi nước thải ở bể lắng đợt 2 Để đảm bảo quá trình oxy hoá sinh hoá diễn ra ổn định, oxy được cấp cho bể lọc bằng các

biện pháp thông gió tự nhiên hoặc thông gió nhân tạo Vật liệu lọc của bể lọc sinh học có thể là nhựa plastic, xỉ vòng gốm, đá Granit…

- Bể hiếu khí có bùn hoạt tính – Bể Aerotank

Là bể chứa hổn hợp nước thải và bùn hoạt tính, khí được cấp liên tục vào bể để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải và cấp đủ oxy cho vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải Khi ở trong bể, các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho các vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tế bào mới Số lượng bùn hoạt tính sinh ra trong thời gian lưu lại trong bể Aerotank của lượng nước thải ban đầu đi vào trong

bể không đủ làm giảm nhanh các chất hữu cơ do đó phải sử dụng lại một phần bùn hoạt tính đã lắng xuống đáy ở bể lắng đợt 2, bằng cách tuần hoàn bùn về bể Aerotank để đảm bảo nồng độ vi sinh vật trong bể Phần bùn hoạt tính dư được đưa

về bể nén bùn hoặc các công trình xử lý bùn cặn khác để xử lý Bể Aerotank hoạt động phải có hệ thống cung cấp khí đầy đủ và liên tục

- Quá trình xử lý sinh học kỵ khí - Bể UASB

Quá trình xử lý sinh học kỵ khí là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện không có oxy để chuyển hoá các hợp chất hữu cơ thành methane và các sản phẩm hữu cơ khác

Quá trình này thường được ứng dụng để xử lý ổn định cặn và xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ BOD, COD cao

Quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh yếm khí xảy ra theo

3 giai đoạn:

+ Một nhóm vi sinh tự nhiên có trong nước thải thuỷ phân các hợp chất hữu cơ phức tạp và lypit thành các chất hữu cơ đơn giản có trọng lượng nhẹ như

Monosacarit, amino axit để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh hoạt động

+ Nhóm vi khuẩn tạo men axit biến đổi các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các axit hữu cơ thường là axit acetic, nhóm vi khuẩn yếm khí tạo axit gọi là nhóm axit focmo

+ Nhóm vi khuẩn tạo mêtan chuyển hoá hydro và axit acetic thành khí metan

và cacbonic Nhóm vi khuẩn này gọi là mêtan focmơ, chúng có rất nhiều trong dạ dày của động vật nhai lại (trâu, bò…) vai trò quan trọng của nhóm

vi khuẩn metan focmơ là tiêu thụ hydro và axit acetic, chúng tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải được thực hiện khi khí metan và cacbonic thoát ra khỏi hổn hợp

1.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí

Nguyên tắc của phương pháp này là sử dụng các vi sinh vật kị khí và vi sinh vật tùy nghi để phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ có trong nước thải, ở điều kiện không có oxi hòa tan với nhiệt độ, pH… thích hợp để cho các sản phẩm dạng khí (CO2, CH4) Quá trình phân hủy kị khí có thể mô tả bằng sơ đồ tổng quát:

(CHO)n NS → CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + Tế bào vi sinh Quá trình sinh học kị khí có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất bẩn hữu cơ cao BOD ≥ 10 – 30 (g/l) Có nhiều chủng loại vi sinh vật cùng nhau làm việc để biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành khí sinh học

Hình 1.1 Phản ứng phân hủy CHC bằng vi sinh vật kỵ khí

Organic

anaerobic microorganisms

Các công nghệ xử lý kỵ khí:

Hình 1.2 Các công nghệ xử lý kỵ khí

1.2.2.1 Quá trình phân hủy kỵ khí

Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:

Chất hữu cơ -CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới

Quá trình kỵ khí sử dụng CO2 làm chất nhận điện tử, không cần oxy Đây có thể trở nên một yếu tố làm giảm chi phí xử lý nước thải

Quá trình kỵ khí sản xuất lượng bùn ít hơn từ 3 – 20 lần so với quá trình hiếu khí, bởi vì sự sản sinh năng lượng từ các quá trình kỵ khí tương đối thấp Hầu hết năng lượng có được từ sự phá hủy cơ chất đều được tìm thấy trong các sản phẩm cuối của quá trình, đó là CH4 Nói về sản lượng tế bào, 50% cacbon hữu cơ được chuyển thành sinh khối trong điều kiện kỵ khi, trong khi với quá trình hiếu khí tỷ lệ này là

Công nghệ xử lý kỵ

khí

Sinh trưởng bám dính

Lọc kỵ khí

Tầng lơ lửng

Vách ngăn

tế bào sinh ra, so sánh với quá trình hiếu khí thì con số này là 400 – 600 kg (Speece,

1983, Switzenbaun, 1983)

Quá trình xử lý kỵ khí thích hợp cho các loại nước thải ô nhiễm nặng

Bể phản ứng kỵ khí có thể hoạt động ở chế độ tải trọng cao

Hệ thống kỵ khí có thể phân hủy sinh học các hợp chất tổng hợp như các hydrocacbon béo có chlor như trichloroethylene, trihalomethan) và một số hợp chất khó phân hủy như lignin

Hỗn hợp khí sinh ra được gọi là khí sinh học hay biogas, thành phần biogas như sau:

Phân hủy kị khí có thể làm sáu quá trình:

1 Phân hủy polimer:

+ Thủy phân các protein

+ Thủy phân polysaccharide

+ Thủy phân chất béo

2 Lên men các amino axit và đường

3 Phân hủy kị khí các axit béo mạch dài và rượu (alcohols)

4 Phân hủy kị khí các axit béo dễ bay hơi (ngoại trừ axit acetic)

5 Hình thành khí mêtan từ axit acetic

6 Hình thành khí mêtan từ hydrogen và CO2

Các quá trình này có thể hợp thành bốn giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kị khí chất hữu cơ:

Hình 1.3 Quá trình phân hủy chất hữu cơ

 Giai đoạn thủy phân

Trong giai đoạn này, các chất hữu cơ phức tạp được thủy phân thành những chất đơn giản hơn (để có thể thâm nhập vào tế bào vi khuẩn) với sự tham gia của các enzyme ngoại bào của các vi khuẩn (vi khuẩn lên men) Dưới tác dụng của các loại

Nước thải chứa Carbonhydrates, chất béo, protein, chất hòa tan và chất không hòa tan

Chuyển hóa thành đường, amino axit

H 2 , CO 2 , axit hữu cơ, rượu, bultyric, propionic, latic, acetic acids,…

H 2 , CO 2 , acid acetic

Methane, CO 2

Thủy phân (Hydrolysis)

Acid hóa (Acidogenesis

Acetic hóa (Acetogenesis)

Methane hóa (Methanogenesis)

hydratcacbon, protein, lipit dễ dàng bị phân hủy thành các chất hữu có đơn giản, dễ bay hơi như etanol, các axit béo như axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic và các khí CO2, H2 và NH3

 Giai đoạn axit hóa

Những hợp chất tạo ra trong giai đoạn thủy phân vẫn quá lớn để được vi sinh vật hấp thụ nên cần được phân giải tiếp Giai đoạn này bắt đầu bằng sự vận chuyển chất nền qua màng tế bào xuyên qua thành đến màng trong rồi đến tế bào chất với sự tham gia của các protein vận chuyển Ở đó các axit amin, đường đơn và axit béo mạch dài đều biến đổi về các axit hữu cơ mạch ngắn hơn, một ít khí hydro và khí

CO2, Giai đoạn này còn có tên là giai đoạn lên men

Cơ chế axit hóa các axit béo và glycerin (sản phẩm thủy phân chất béo) tương đối phức tạp, có thể tóm tắt như sau:

+ Glycerin bị phân giải thành một số sản phẩm trung gian để tạo sản phẩm cuối cùng Sản phẩm trung gian vẫn song song tồn tại cùng sản phẩm cuối

+ Axit béo mạch dài LCFA chủ yếu bị phân giải phức tạp như sau:

Axit béo + CoA ↔ Acyl-CoA Phản ứng hoạt hóa này được thực hiện nhờ enzyme Acyl-CoA synthetaza nằm ở màng trong tế bào vi khuẩn

Đối với chất béo, sản phẩm tạo thành chủ yếu là axit acetic

Acyl-CoA + H2 + năng lượng tích lũy (ATP)

Axit axetic + CoA (Acyl ký hiệu cho nhóm RCO-) Acyl-CoA → Acyl-CoA mạch ngắn hơn + Acetyl-CoA

Đối với các axit béo chứa số C lẻ, trong sản phẩm ngoài axit axetic là chủ yếu còn chứa cả axit propionic

Các axit béo chưa bão hòa được no hóa (ngay sau khi liên kết este được phân cắt) trước khi trải qua quá trình oxy hóa β

Một số sản phẩm phụ của quá trình như rượu, peronic, các axit trung gian cung cơ thể được tạo thành từ các con đường khác (oxy hóa α, oxy hóa ω, ) bởi một số nhóm vi khuẩn và nấm

Sản phẩm lên men tạo mùi khó chịu hôi thối do H2S, indol, scatol, được sinh ra và

pH của môi trường tăng dần lên

 Giai đoạn acetate hóa

Các vi khuẩn tạo metan vẫn không thể trực tiếp sử dụng các sản phẩm của quá trình axit hóa nêu trên, ngoại trừ axit acetic, do vậy các chất này cần được phân giải tiếp thành những phân tử đơn giản hơn nữa Sản phẩm phân giải là axit acetic, khí H2,

CO2 được tạo thành bởi vi khuẩn axetat hóa:

CH3CH2OH (ethanol) + H2O → CH3COO- + H+ + 2H2

CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O → CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2

CH3(CH2)2COO- (butyric) +H2O → 2CH3COO- + H+ + 2H2

Đặc điểm nổi bật của giai đoạn acetate hóa là sự tạo thành nhiều khí hydro, mà khí này ngay lập tức được vi sinh vật metan ở giai đoạn sau sử dụng như là chất nền cùng với CO2 Mức độ phân giải các chất trong giai đoạn này phụ thuộc rất nhiều vào áp suất riêng phần của khí hydro trong bể kỵ khí Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ hydro bị ức chế hay chậm lại, hydro tích lũy làm áp suất riêng phần của nó tăng lên thì sự tạo thành nó (bởi vi khuẩn axetat hóa) sẽ giảm mạnh Trong khi acetate (sản phẩm giai đoạn acetate hóa) là cơ chất mà vi khuẩn sinh metan sử dụng trực tiếp thì chính sự tích tụ của nó sẽ gây ức chế sự phân giải của các axit béo bay hơi khác Khoảng pH và nhiệt độ tối ưu của giai đoạn này là 6.8 – 7.8 và 35 – 42oC