CHƯƠNG 5
CÁC CƠNG TRÌNH XỬ LÝ SINH HỌC KỴ KHÍ
5.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Q trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là q trình sinh hóa phức tạp tạo ra hàng trăm sản
phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Tuy nhiên, phương trình phản ứng sinh hóa trong điều
kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau:
Vi sinh vật
Chất hữu cơ -------------------> CH
4
+ CO
2
+ H
2
+ NH
3
+H
2
S + Tế bào mới
Một cách tổng qt, q trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn (Hình 5.1):
- 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 các nhiều chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo,
carbohydrates, celluloses, lignin,… trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo thành những
phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ chuyển hóa protein thành
amino acids, 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, H
2
và CO
2

3
COOH  CH
4
+ CO
2
- 4CH
3
OH  3CH
4
+ CO
2
+ 2H
2
O
- 4(CH
3
)
3
N + H
2
O  9CH
4
+ 3CO
2
+ 6H
2
O + 4NH
3
Hình 5.1 Q trình phân hủy kỵ khí.
Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia q trình xử lý kỵ khí thành:

(Anaerobic Filter Process).
5.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỂ UASB
5.2.1 Cấu Tạo
Đây là một trong những q trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do hai đặc
điểm chính sau:
- Cả ba q trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lấp đặt trong cùng một cơng 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.
Bên cạnh đó, q trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB còn có những ưu điểm so với q
trình bùn hoạt tính hiếu khí như:
- Ít tiêu tốn năng lượng vận hành;
- Ít bùn dư, nên giảm chí phí xử lý bùn;
- Bùn sinh ra dễ tách nước;
- Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sing dinh dưỡng;
- Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane;
- Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau một
thời gian ngưng khơng nạp liệu.
Sơ đồ bể UASB được trình bày trong Hình 5.2. Nước thải được nạp liệu từ phía đáy bể, đi qua lớp
bùn hạt, q trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp xúc với bùn hạt. Khí sinh
ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO
2
) sẽ tạo nên dòng tuần hồn cục bộ giúp cho
q trình hình thành và duy trì bùn sinh học dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các
hạt bùn và cùng với khí tự do nổi lên phía mặt bể. Tại đây, q trình tách pha khí-lỏng-rắn xảy ra
nhờ bộ phận tách pha. Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau
khi tách khỏi bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến cơng trình xử lý
tiếp theo.
Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h (nếu bùn ở dạng bùn
hạt). pH thích hợp cho q trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6. Do đó cần cung
cấp đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải ln ln > 6,2 vì ở pH < 6,2,

o
C được
trình bày tóm tắt trong Bảng 5.1. Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ đối với COD hòa
tan, có hiệu quả xử lý 85-95%, nồng độ bùn trung bình 25 g/L được trình bày trong Bảng 5.2. Giá
trị đặc trưng của thời gian lưu nước, vận tốc dòng chảy ngược và chiều cao thiết bị được trình bày
trong các Bảng 5.3 và 5.4.
5-3
Lan can bảo vệ
Ống thu nước sau xử lý
Sàn công tác
Máng thu nước
dạng răng cưa
Thiết bò tách pha
khí – lỏng - rắn
Vách hướng
dòng hình côn
Cầu thang
Vỏ thiết bò
Hỗn hợp
nước thải
Lớp bùn kỵ khí
Ống bơm nước
vào thiết bò UASB
Bộ phận phân phối
đều lưu lượng nước
thải
Ống thoát
khí
Bình hấp
thụ khí

0,30-0,60 3-7
0,60-1,00 3-7
Nguồn: Metcaft & Eddy, 2003.
Bảng 5.2 Tải trọng thể tích của bể UASB theo nhiệt độ đối với COD hòa tan, có hiệu quả xử lý
85-95%, nồng độ bùn trung bình 25 g/L
Nhiệt độ (
o
C) Tải trọng thể tích (kg sCOD/m
3
.ngđ)
Nước thải có VFA Nước thải không VFA
Khoảng Đặc trưng Khoảng Đặc trưng
15 2-4 3 2-3 2
20 4-6 5 2-4 3
25 6-12 6 4-8 4
30 10-18 12 8-12 10
35 15-24 18 12-18 14
40 20-32 25 15-24 18
Nguồn: Metcaft & Eddy, 2003.
Bảng 5.3 Thời gian lưu nước có thể áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt trong các thiết bị UABS
cao 4 m
Nhiệt độ (
o
C) Thời gian lưu nước
trung bình (giờ)
Thời gian lưu nước cực đại (giờ) tính cho trường
hợp peak flow trong 4-6 giờ
16-19 10-14 7-9
22-26 7-9 5-7
> 26 6-8 4-5

3
/h);
- S
0
: nồng độ COD của nước thải trước khi xử lý (mg/L);
- L
org
: tải trọng chất hữu cơ (kg COD/m
3
.ngđ).
Trong trường hợp nước thải có nồng độ COD < 2.500 mg/L, có thể tính thể tích bể theo thời gian
lưu nước:
V
n
= Q.HRT
Để tính toán tổng thể tích chứa hỗn hợp nước thải trong thiết bị (phía dưới thiết bị tách ba pha rắn-
lỏng-khí), có thể sử dụng hệ số hữu ích dao động trong khoảng 0,8-0,9. Như vậy, tổng thể tích hữu
ích trong thiết bị, chưa kể phần thể tích chiếm chỗ bởi thiết bị tách ba pha rắn-lỏng-khí sẽ được
tính như sau:
E
V
V
n
L
=
Trong đó:
- V
n
: thể tích hữu dụng tối thiểu của bể (m
3