I. Tổng quan về tiêu hóa kỵ khí
Phân hủy kỵ khí là công nghệ xử lý sinh học sử dụng các phản ứng enzyme của vi khuẩn để phân hủy chất hữu cơ. Ban đầu, công nghệ này chủ yếu được sử dụng trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị để xử lý bùn thải từ bể lắng sơ cấp và bùn hoạt tính dư thừa. Với những tiến bộ công nghệ, giá trị của nó trong xử lý nước thải hữu cơ và sử dụng tài nguyên đang được đánh giá lại.
II. Cơ chế tiêu hóa kỵ khí
Tiêu hóa kỵ khí là một quá trình sinh hóa phức tạp. Từ góc độ lên men, nó có thể được chia thành ba giai đoạn; từ góc độ vi sinh, nó chủ yếu được chia thành hai giai đoạn hành động.
1. Ba giai đoạn của quá trình lên men
Giai đoạn lên men axit: Khi nồng độ chất hữu cơ trong nước thải quá cao, oxy hòa tan bị cạn kiệt tạo thành trạng thái yếm khí, carbohydrate bị phân hủy nhanh chóng, tạo ra các axit béo thấp hơn như axit axetic, axit propionic, axit butyric. Tại thời điểm này, giá trị pH giảm nhanh chóng xuống 5,0–6,0 và nước thải thải ra mùi hôi thối nồng nặc.
Giai đoạn giảm độ axit: Axit hữu cơ và các hợp chất nitơ bắt đầu phân hủy, tạo ra các chất như amoniac và amin. Độ pH tăng dần lên 6,0–6,5, BOD đạt cực đại, kèm theo hiện tượng sủi bọt và nổi rắn.
Giai đoạn lên men kiềm: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình tiêu hóa. Axit hữu cơ tích tụ sẽ bị phân hủy thành metan, carbon dioxide và amoniac, đồng thời gần như tất cả chất hữu cơ chứa chất xơ và nitơ- đều bị phân hủy. Lúc này, độ pH tăng lên trên 7,5, BOD giảm mạnh và quá trình phân hủy hoàn tất.
2. Hai giai đoạn trong vi sinh học
Giai đoạn 1 (Giai đoạn sản xuất axit): Dưới tác động của vi khuẩn-sản xuất axit (vi khuẩn kỵ khí tùy ý và bắt buộc được tìm thấy rộng rãi trong tự nhiên), chất hữu cơ bị phân hủy thành các axit béo thấp hơn, aldehyd, rượu, v.v. Vi khuẩn tạo axit- sinh sản nhanh chóng và có khả năng thích ứng cao với môi trường.
Giai đoạn 2 (giai đoạn lên men metan): Methanogens sử dụng các sản phẩm của giai đoạn đầu tiên, phân hủy chúng thành metan và carbon dioxide. Methanogens là vi khuẩn kỵ khí bắt buộc, tốc độ sinh sản cực kỳ chậm và rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường (pH, nhiệt độ, các chất độc hại).
Điểm kiểm soát chính: Yếu tố kiểm soát quá trình phân hủy kỵ khí là tốc độ tăng sinh của methanogens. Trong quá trình lên men liên tục, quá trình hóa lỏng và khí hóa phải duy trì sự cân bằng động. Nếu môi trường bị gián đoạn, quá trình lên men metan sẽ ngừng lại dẫn đến sự tích tụ các axit béo thấp hơn và gây ra tình trạng tiêu hóa bất thường.
III. Ưu điểm và nhược điểm của quá trình tiêu hóa kỵ khí
Mặc dù quá trình phân hủy kỵ khí có những hạn chế nhất định trong ứng dụng do xu hướng chủ đạo hiện nay trong xử lý chất thải hữu cơ theo hướng khử nước, làm khô hoặc đốt, nhưng những ưu điểm độc đáo của nó khiến phương pháp này trở nên quan trọng trong môi trường khan hiếm năng lượng hiện nay.
1. Phân tích nhược điểm
Nước thải cần xử lý thứ cấp: Nồng độ chất hữu cơ còn sót lại trong chất lỏng phân hủy vẫn cao, cần phải xử lý thêm.
Vấn đề về mùi: Nước thải chứa lưu huỳnh và nitơ-tạo ra hydro sunfua và amoniac trong quá trình phân hủy khử, phát ra mùi hôi.
Hạn chế về mặt kinh tế: Quá trình phân hủy kỵ khí truyền thống không mang lại hiệu quả kinh tế đối với nước thải có nồng độ-thấp.
2. Phân tích ưu điểm
Tiết kiệm năng lượng: Khí sinh học được tạo ra có thể được sử dụng làm nhiên liệu với chi phí điện năng chỉ bằng 1{0}}1/10 chi phí cho quá trình oxy hóa sinh học.
Sản lượng bùn thấp và ổn định: Lượng bùn dư nhỏ, có đặc tính làm đặc và khử nước tuyệt vời; Bùn được phân hủy ổn định về mặt vệ sinh và hóa học và có thể được sử dụng làm chất thải hoặc thức ăn chăn nuôi.
Khả năng xử lý cao: Có tác dụng hóa lỏng đáng kể chất rắn trong nước thải.
Ưu điểm về vận hành và thiết bị: Thiết bị có kết cấu đơn giản, hoạt động trong hệ thống khép kín, không gây ô nhiễm mùi và không yêu cầu kỹ năng kỹ thuật đặc biệt để vận hành.
Mở rộng công nghệ: Với sự phát triển của quy trình bùn hoạt tính kỵ khí và tầng sôi, công nghệ này đang dần được áp dụng để xử lý nước thải có nồng độ-thấp và hiệu quả kinh tế của công nghệ này dự kiến sẽ được cải thiện.