4.4.1. Phương pháp kị khí Cơ sở lý thuyết
Sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxy. 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 + H2 Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
S + Tế bào mới
- Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử - Giai đoạn 2: Acid hóa
- Giai đoạn 3: Acetate hóa - Giai đoạn 4: Methane hóa
Các chất thải hữu cơ chứa nhiều hợp chất cao phân tử như: protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin… trong giai đoạn thủy phân sẽ cắt mạch tạo thành các phân tử đơn giản hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành amino acid, carbohydrate thành đường đơn và chất béo thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp tục chuyển hóa thành acetic acid, H2O và CO2
Các công trình kị khí .
• Bể UASB
Bể UASB là một trong những công trình kỵ khí ứng dụng rộng rãi nhất do hai đặc điểm chính sau:
- Cả ba quá trình phân hủy – lắng bùn – tách khí được lắp đặt trong cùng một công trình.
- Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinh vật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
Vận tốc nước thải qua UASB được duy trì trong khoảng 0,6 ÷ 0,9 m/h, pH thích hợp cho quá trình phân hủy kỵkhí dao động trong khoảng 6,6 ÷ 7,6. Cần lưu ý rằng chu kì sinh trưởng của vi sinh vât acid hóa ngắn hơn nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (2 -3 giờở 35°C so với 2 -3 ngày ởđiều kiện tối ưu).
• Bể phản ứng kị khí tiếp xúc Vi sinh vật
40 Quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn. Hỗn hợp bùn và nước thải trong bểđược khuấy trộn hoàn toàn, sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc bể tuyển nổi để tách riêng bùn và nước. Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm.
4.3.1. Phương pháp hiếu khí Cơ sở lý thuyết
Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxy liên tục.
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 03 giai đoạn sau:
- Ôxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz CO2 + H2 - Tổng hợp tế bào mới:
O + ∆H
CxHyOz + O2 + NH3 C5H7N02 + CO2 + H2 - Phân hủy nội bào:
O - ∆H
C5H7O2 + O2 5CO2 + 2H2O + NH3
• Phương pháp bùn hoạt tính
± ∆H
Bùn hoạt tính là tập hợp những vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn kết lại thành các bông với trung tâm là các hạt chất rắn lơ lửng trong nước. Các bông này cú màu vàng nõu dễ lắng cú kớch thước từ 3 - 100àm.
Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các bước:
- Giai đoạn khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể (nước thải) tới bề mặt các tế bào vi sinh vật.
- Hấp phụ: khuếch tán và hấp phụ các chất bẩn từ bề mặt ngoài các tế bào qua màng bán thấm.
- Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp phụở trong tế bào vi sinh vật sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào.
• Phương pháp lọc sinh học
Là phương pháp dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Các màng sinh học là các vi sinh vật
(chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kỵ khí, tùy nghi. Các vi khuẩn hiếu khí được tạo tập trung ở màng lớp ngoài của màng sinh học. Ở đây chúng phát triển và gắn với giá
Enzyme
Enzyme
Enzyme
41 mang là các vật liệu lọc (được gọi là màng sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng bám dính).
Các công trình hiếu khí
• Bể Aerotank
Là bể phản ứng sinh học hiếu khí sử dụng bùn hoạt tính. Nước thải được chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy trộn nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước.
- Bể Aerotank truyền thống
Đòi hỏi chếđộ dòng chảy nút, khi đó chiều dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bểnày nước thải vào có thể phân bốở nhiều điểm theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn ở đầu bể. Ở chếđộ dòng chảy nút, bông bùn có đặc tính tốt hơn, dễ lắng. Tốc độ sục khí giảm dần theo chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể. Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,3 – 0,6 kg BOD5/m3
- Bể Aerotank xáo trộn hoàn toàn
.ng với hàm lượng MLSS 1500 – 3000 mg/L, thời gian lưu nước từ 4 -8h, tỷ số F/M = 0,2÷ 0,4.
Đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motour và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí thường được sử dụng. Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt tính và nhu cầu ôxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích. Bể này có ưu điểm chịu được quá tải rất tốt. Tải trọng thích hợp vào khoảng 0,8 – 2,0 kg BOD5/m3
• Bể hoạt động gián đoạn ( SBR)
.ngày với hàm lượng bùn 2500 – 4000mg/L, tỷ số F/M= 0,2 – 0,6.
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn. Quá trình xảy ra trong bểSBR tương tự trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục, chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các pha: pha làm đầy, pha phản ứng, pha lắng, pha rút nước, pha chờ.
Công nghệ SBR đã chứng tỏ là một công trình xử lý có hiệu quả do quá trình sử dụng ít tốn năng lượng, ít tốn diện tích phù hợp với những trạm có công suất nhỏ.
• Hồ sinh học
Hồ sinh học có thể phân loại như sau:
42 - Hồ hiếu khí: Chất hữu cơ trong nước thải được xử lý chủ yếu nhờ sự cộng sinh giữa tảo và vi khuẩn sống ở dạng lơ lửng. Ôxy cung cấp cho vi khuẩn nhờ sự khuếch tán qua bề mặt và quang hợp của tảo.
- Hồ tùy tiện: Trong hồ tùy tiện tồn tại 03 khu vực: (1) khu vực bề mặt, nơi đó chủ yếu vi khuẩn và tảo sống cộng sinh; (2) khu vực đáy, tích lũy c ặn lắng và cặn này bị phân hủy nhờ vi khuẩn kỵ khí; (3) khu vực trung gian, chất hữu cơ trong nước thải chịu sự phân hủy của vi khuẩn tùy tiện.
- Hồ kỵ khí: Thường được áp dụng cho xử lý nước thải có nồng độ chất hửu cơ cao và cặn lơ lửng lớn, đồng thời có thể kết hợp phân hủy bùn lắng. Hồ này có chiều sâu lớn, có thểsâu đến 9m.