ThS. Hồ Thị Lan Hương, Viện Năng Lượng, Bộ Công Thương
Các kiểu công trình khí sinh học năng suất cao có sử dụng lọc sinh học, lọc kỵ khí…đã được nghiên cứu và phát triển ở nhiều nước trên thế giới, ưu điểm nổi bật của công nghệ là hiệu suất sinh khí cao đạt đến 1m3 khí/m3 phân huỷ trong khi đó ở các công trình khí sinh học đơn giản, vận hành theo phương thức nạp liên tục hiệu suất sinh khí vào khoảng 0,3-0,4 m3 khí/m3 phân huỷ, một lợi thế khác của công nghệ đó là chịu được sự thay đổi đột ngột của lưu lượng nguyên liệu nạp vào hàng ngày.
Lịch sử phát triển khí sinh học ở Việt Nam có từ những năm 1960 nhưng chủ yếu phát triển các loại công trình KSH kiểu đơn giản, những nghiên cứu về thiết bị KSH có màng lọc chưa nhiều, nhất là kiểu màng lọc sinh học. Vì thế mục tiêu của đề tài là nghiên cứu và thử nghiệm kiểu thiết bị KSH hình ống có màng lọc sinh học áp dụng cho cả quy mô nhỏ và trung bình. Kết quả thử nghiệm cho thấy đây là kiểu công trình tiên tiến có thời gian lưu ngắn, tiết kiệm chi phí và phù hợp với nhiều loại nguyên liệu nạp khác nhau.
1. Nghiên cứu quá trình lên men kỵ khí và lọc sinh học
Quá trình phân huỷ của các chất hữu cơ trong môi trường không có oxy gọi là quá trình lên men kỵ khí. Đây là một quá trình phức tạp với sự tham gia của nhiều loài vi khuẩn. Công nghệ lên men kỵ khí trong điều kiện nhân tạo được áp dụng để xử lý các loại nước thải và chất thải nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt có hàm lượng chất hữu cơ cao. Các kết quả nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm đã được đưa ra thực tế ứng dụng từ thử nghiệm đến áp dụng rộng rãi như các nhà máy xử lý sinh học nước thải công nghiệp thực phẩm ở Hà Lan, Hoa Kỳ, Thuỵ Sĩ, Đức…ưu điểm của công nghệ này là thiết kế đơn giản, thể tích công trình nhỏ, chiếm ít diện tích mặt bằng; công trình có cấu tạo cũng đơn giản, giá thành không cao, chi phí vận hành thấp, tốn ít năng lượng, thu hồi KSH cao, không đòi hỏi cung cấp nhiều dinh dưỡng, lượng bùn sinh ra ít hơn từ 10-20 lần so với phương pháp hiếu khí và có tính ổn định tương đối cao có thể tồn trữ trong một thời gian khá dài và là một nguồn phân bón có giá trị; tải trọng phân huỷ chất bẩn hữu cơ cao, chịu được sự thay đổi đột ngột về lưu lượng.
Nhờ những tiến bộ trong khoa học, công nghệ sự can thiệp vào quá trình lên men đã thúc đẩy quá trình lên men tốt hơn và tạo ra một sản lượng KSH tốt hơn hay hiệu suất xử lý mô trường của các hệ thống lên men kỵ khí cũng tốt hơn. Một trong các biện pháp đó là sử dụng hệ thống lọc sinh học trong các bể lên men kỵ khí.
Các giá thể được đặt trong bể KSH khi tiếp xúc với các lớp vi sinh vật trong dịch lên men sẽ phát triển thành một lớp gọi là lớp màng sinh học linh hoạt bao gồm các tế bào VSV xen giữa bề mặt chất lỏng và chất rắn. Lớp màng sinh học này có thể hình thành ở hầu hết các bề mặt tự do của môi trường chất lỏng. Vì thế hệ thống màng lọc sinh học có thể được sử dụng một cách hiệu quả trong các thiết bị khí sinh học. Các yếu tố ảnh hưởng đến cơ chất lên men trong hệ thống ứng dụng màng lọc sinh học đó là:
– Sự khuếch tán của cơ chất từ phần cơ bản của chất lỏng đến bề mặt phân cách giữa chất lỏng và lớp màng sinh học;
– Sự khuếch tán của cơ chất bên trong các khe rỗng/lớp xốp của màng lọc sinh học;
– Phản ứng sinh hoá bên trong chính lớp màng sinh học này (tiêu thụ cơ chất của VSV)
