Tối Ưu Quá Trình Xử Lý Kỵ Khí Trong Thực Tế

Trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp, sinh hoạt và môi trường, quá trình xử lý kỵ khí là một trong những phương pháp sinh học quan trọng và được ứng dụng rộng rãi. Công nghệ này giúp phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện thiếu oxy, tạo thành khí methane và carbon dioxide. Đồng thời giảm thiểu hàm lượng chất ô nhiễm trong nước thải. Hãy cùng Green phân tích chi tiết và hướng dẫn cách để quá trình xử lý kỵ khí diễn ra hiệu quả nhất trong bài viết dưới đây.

Tổng quan về quá trình xử lý kỵ khí trong hệ thống xử lý nước thải

Trong công nghệ xử lý nước thải, có hai phương pháp chính: xử lý hiếu khí và xử lý kỵ khí. Phương pháp hiếu khí cần oxy để vi sinh vật hoạt động. Còn quá trình xử lý kỵ khí diễn ra trong điều kiện hoàn toàn thiếu oxy. Vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp. Từ đó biến chúng thành những sản phẩm khí đơn giản. Trong khi đó, khí methane (CH₄) và carbon dioxide (CO₂) là hai thành phần chủ yếu.

Điểm đặc biệt của phương pháp kỵ khí là khả năng xử lý các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Đặc biệt khi COD đầu vào lớn hơn 1500 mg/L. Chính vì vậy, công nghệ này thường được áp dụng trong các ngành chăn nuôi, chế biến thực phẩm, thủy sản, sản xuất đồ uống và nhiều lĩnh vực công nghiệp khác.

Để hiểu rõ cách vận hành, chúng ta cần nắm được 4 giai đoạn quan trọng trong quá trình xử lý kỵ khí. Bao gồm thủy phân, acid hóa, acetat hóa và methane hóa. Các giai đoạn này diễn ra liên tục, bổ sung cho nhau, đảm bảo sự phân hủy hoàn toàn các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, chỉ khi các điều kiện môi trường được duy trì ổn định thì vi sinh vật mới có thể hoạt động tốt và tạo ra hiệu suất xử lý cao.

>> Xem thêm: Khám Phá Quy Trình Xử Lý Nước Thải Bằng Phương Pháp Kỵ Khí

Các giai đoạn chính trong quá trình xử lý kỵ khí

Để hiểu rõ cách quá trình xử lý kỵ khí diễn ra, chúng ta cần phân tích từng giai đoạn quan trọng. Mỗi bước có vai trò riêng và sự phối hợp nhịp nhàng của chúng mới giúp toàn bộ hệ thống đạt hiệu quả cao.

Thủy phân – Bước khởi đầu của phân hủy hữu cơ

Trong giai đoạn thủy phân, các hợp chất hữu cơ có phân tử lớn như protein, carbohydrate hay lipid được phân cắt thành những hợp chất đơn giản và dễ hòa tan hơn. Đây là tiền đề để các giai đoạn sau có thể diễn ra trôi chảy. Nếu giai đoạn thủy phân không diễn ra hiệu quả, toàn bộ chuỗi phản ứng kỵ khí sẽ bị chậm lại.

Acid hóa – Hình thành acid béo dễ bay hơi

Sau khi được thủy phân, các hợp chất đơn giản tiếp tục trải qua quá trình acid hóa. Ở giai đoạn này, vi khuẩn kỵ khí chuyển hóa các hợp chất thành acid béo dễ bay hơi (VFAs). Sự hình thành VFAs đóng vai trò then chốt. Bởi vì đây là nguyên liệu chính cho giai đoạn acetat hóa. Nếu VFAs tích tụ quá nhiều, pH sẽ giảm mạnh. Điều này làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật methane hóa.

Acetat hóa và Methane hóa – Giai đoạn quyết định hiệu suất

Trong acetat hóa, VFAs được chuyển thành acetate, CO₂ và H₂. Sau đó, vi khuẩn methane hóa sẽ sử dụng những hợp chất này để sản xuất khí methane và CO₂. Đây chính là giai đoạn cuối cùng và cũng là giai đoạn quyết định hiệu suất của quá trình xử lý kỵ khí. Nếu điều kiện môi trường không ổn định, vi khuẩn methane hóa sẽ bị ức chế. Điều này dẫn đến giảm sản lượng khí methane và hiệu quả xử lý thấp.

Như vậy, từ thủy phân đến methane hóa, tất cả đều có sự gắn kết chặt chẽ. Chỉ khi từng giai đoạn diễn ra suôn sẻ, quá trình phân hủy kỵ khí mới mang lại kết quả tối ưu. Để đạt được điều đó, người vận hành cần kiểm soát hàng loạt yếu tố ảnh hưởng mà chúng ta sẽ phân tích chi tiết ở phần tiếp theo.

Các điều kiện vận hành giúp quá trình xử lý kỵ khí hiệu quả

Để hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí hoạt động ổn định, cần phải duy trì nhiều yếu tố kỹ thuật ở mức tối ưu. Đây chính là chìa khóa để đảm bảo toàn bộ chuỗi phản ứng diễn ra cân bằng.

Nhiệt độ – Yếu tố quyết định tốc độ phản ứng

Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng của vi sinh vật kỵ khí. Thông thường, các vi sinh vật này phát triển mạnh trong khoảng 20 – 35℃. Nếu nhiệt độ thấp hơn, các phản ứng sinh học sẽ diễn ra chậm, kéo dài thời gian xử lý. Nếu nhiệt độ quá cao, vi sinh vật sẽ bị sốc nhiệt và chết hàng loạt.

Để khắc phục, các hệ thống xử lý nước thải quy mô công nghiệp thường trang bị hệ thống gia nhiệt hoặc lớp cách nhiệt. Việc duy trì nhiệt độ ổn định sẽ giúp vi sinh vật hoạt động mạnh mẽ hơn. Đồng thời tăng hiệu quả tạo khí methane.

Độ kiềm Carbonate – Lớp đệm cân bằng pH

Độ kiềm carbonate giữ vai trò như một “lớp đệm” giúp ổn định pH trong bể kỵ khí. Trong quá trình acid hóa, nếu acid béo tích tụ quá nhiều, pH sẽ tụt nhanh và gây ức chế cho vi khuẩn methane hóa. Khi đó, độ kiềm carbonate giúp trung hòa acid, duy trì sự ổn định cho toàn hệ thống.

Một số loại nước thải như từ chăn nuôi hoặc chế biến thủy sản đã có sẵn độ kiềm nhờ sự phân hủy protein. Nhưng đối với những loại nước thải khác, cần bổ sung thêm Na₂CO₃, NaHCO₃ hoặc CaCO₃ để giữ pH không giảm xuống quá thấp. Chính sự ổn định này sẽ bảo vệ hệ vi sinh và đảm bảo các giai đoạn tiếp theo diễn ra hiệu quả.

pH – Yếu tố sống còn của vi khuẩn methane hóa

Trong quá trình xử lý kỵ khí, pH là một trong những chỉ số quan trọng nhất. Nếu pH giảm xuống dưới 6.2, vi khuẩn methane hóa sẽ bị ức chế. Điều này làm tích tụ VFAs và giảm hiệu quả xử lý. Ngược lại, nếu pH tăng quá cao, hoạt động trao đổi chất của vi sinh cũng bị suy giảm.

Mức pH lý tưởng cần duy trì là 6.8 – 7.8. Trong đó tối ưu nhất là 7.0 – 7.2. Để đạt được điều này, người vận hành cần thường xuyên theo dõi pH và điều chỉnh thông qua bổ sung hóa chất kiềm hoặc trung hòa acid. Một hệ thống ổn định về pH sẽ là nền tảng cho giai đoạn methane hóa đạt hiệu suất cao.

Tải lượng COD – Giới hạn chịu tải của hệ thống

COD là chỉ số phản ánh lượng chất hữu cơ trong nước thải. Nếu tải lượng COD vượt quá khả năng xử lý, bể kỵ khí sẽ bị quá tải. Vấn đề này dẫn đến hiệu quả xử lý giảm và gây sốc tải cho các công đoạn xử lý phía sau.

Đối với bể kỵ khí tiếp xúc, tải trọng xử lý thường từ 2 – 5 kgCOD/m³.ngày. Còn đối với bể UASB, con số này có thể đạt từ 5 – 10 kgCOD/m³.ngày. Để tránh quá tải, nước thải nên được tiền xử lý như lắng, tách dầu mỡ hoặc lọc rác trước khi đưa vào bể kỵ khí. Đây là cách hiệu quả để bảo vệ hệ thống và duy trì hiệu suất ổn định.

Tỷ lệ MLSS và MLVSS – Phản ánh sức khỏe của bùn vi sinh

Trong bể kỵ khí, MLSS và MLVSS là hai chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng bùn vi sinh. MLSS thể hiện tổng lượng chất rắn lơ lửng. Trong khi đó, MLVSS phản ánh phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.

Một bể kỵ khí vận hành ổn định thường có MLSS trong khoảng 30.000 – 50.000 mg/L, và tỷ lệ MLVSS/MLSS lớn hơn 0.4. Khi tỷ lệ này cao, chứng tỏ hệ vi sinh đang khỏe mạnh, khả năng phân hủy hữu cơ cao. Ngược lại, tỷ lệ thấp là dấu hiệu cho thấy bùn vi sinh suy yếu, cần bổ sung vi sinh vật hoặc điều chỉnh điều kiện vận hành.

Chủng vi sinh vật kỵ khí – Nhân tố cốt lõi của quá trình

Không thể bỏ qua yếu tố vi sinh vật. Bởi vì chúng chính là “nhân tố thực hiện” toàn bộ quá trình xử lý kỵ khí. Mỗi giai đoạn đều có sự tham gia của các nhóm vi khuẩn khác nhau. Đó là vi khuẩn thủy phân, vi khuẩn acid hóa, vi khuẩn acetat hóa và vi khuẩn methane hóa.

Nếu một nhóm bị suy yếu, chuỗi phản ứng sẽ bị gián đoạn. Vì vậy, ngoài nguồn vi sinh sẵn có trong nước thải, nhiều hệ thống còn bổ sung thêm các chế phẩm sinh học thương mại. Cụ thể như Microbe-Lift BIOGAS hoặc Microbe-Lift SA. Những sản phẩm này giúp tăng mật độ vi sinh, rút ngắn thời gian khởi động bể. Từ đó, nâng cao hiệu quả tạo khí methane.

>> Xem thêm: Xử Lý Kỵ Khí Là Gì? Hoạt Động Ra Sao?

Kết luận

Quá trình xử lý kỵ khí là một công nghệ quan trọng trong xử lý nước thải giàu chất hữu cơ. Công nghệ vừa mang lại hiệu quả cao vừa tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Nếu bạn cần được tư vấn chi tiết hoặc hỗ trợ giải pháp phù hợp, hãy liên hệ với Green. Chúng tôi tự tin đồng hành cùng doanh nghiệp và hộ gia đình trong việc thiết kế và vận hành hệ thống kỵ khí hiện đại.

Thông tin liên hệ :

CÔNG TY TNHH GREEN

Trụ sở Hà Nội: Tầng 2 Tòa J, 226 Vạn Phúc, phường Liễu Giai, quận Ba Đình, Hà Nội

• Điện thoại: 024 3514 8260

• Hotline: 032 844 8880

• Email: admin@greenwater.com.vn

Chi nhánh HCM: 82 Nguyễn Bá Tuyển - Phường 12 - Q.Tân Bình - Tp.Hồ Chí Minh

• Hotline: 0931 112 900

• Email: admin@greenwater.com.vn