Sự cố khi khởi động bể kỵ khí UASB: 4 lỗi thường gặp và cách xử lý

Khởi động bể kỵ khí UASB là giai đoạn nhạy cảm nhất, do lúc này hệ vi sinh chưa ổn định, bùn hạt chưa hình thành hoàn chỉnh và các chỉ số như tải lượng, pH, tốc độ sinh khí hay MLSS vẫn biến động liên tục. Chỉ một thay đổi đột ngột về lưu lượng hoặc tải lượng cũng có thể khiến bể trào bùn, tích tụ VFAs hoặc suy giảm hoạt tính vi sinh. Bài viết này tập trung vào 4 sự cố thường gặp khi khởi động bể kỵ khí UASB, từ nguyên nhân đến cách xử lý và các chỉ số cần theo dõi để hệ thống nhanh chóng đi vào ổn định.

Khởi động bể kỵ khí UASB là gì? Vì sao dễ phát sinh sự cố?

Khởi động bể kỵ khí UASB là giai đoạn từ khi nạp bùn giống và nước thải lần đầu cho đến khi hệ thống đạt hiệu suất xử lý COD ổn định theo thiết kế và hình thành được lớp bùn hạt.

Đây là giai đoạn nuôi cấy và thích nghi hệ vi sinh, không phải giai đoạn vận hành ổn định. Vì vậy, bể UASB trong thời gian này dễ phát sinh sự cố bởi 3 nguyên nhân chính:

• Mật độ vi sinh còn thấp: Bể chưa tích lũy đủ sinh khối để hấp thụ các biến động về tải lượng. Một mức tải mà bể đang vận hành ổn định có thể chịu được nhưng lại gây sốc cho bể mới khởi động.
• Bùn chưa kết hạt: Bùn giống ban đầu thường ở dạng bông rời, tỷ trọng thấp và dễ bị dòng nước hoặc khí sinh học đẩy nổi. Bùn hạt chỉ hình thành khi hệ thống được vận hành ổn định trong một khoảng thời gian.
• Các giai đoạn phân hủy kỵ khí chưa đồng tốc: Nhóm vi sinh acid hóa phát triển nhanh hơn nhóm methane hóa. Nếu hai nhóm không cân bằng, VFAs dễ tích tụ và kéo theo hiện tượng giảm pH.

Do đó, sự cố trong giai đoạn khởi động bể kỵ khí UASB cần được xử lý theo đúng nguyên nhân, thay vì chỉ xử lý từng biểu hiện riêng lẻ.

Bảng tra nhanh 4 sự cố khi khởi động bể kỵ khí UASB

Sự cố	Dấu hiệu nhận biết	Nguyên nhân gốc	Việc cần ưu tiên
Trào bùn	Bùn tràn qua vùng tách ba pha, TSS đầu ra tăng	Vận tốc nước dâng cao, bùn nhẹ, phân phối nước không đều	Giảm/ngưng nạp, kiểm tra thủy lực
MLVSS/MLSS giảm	Tỷ lệ giảm, COD xử lý chậm	Mất sinh khối, chất ức chế, thiếu dinh dưỡng	Rà soát nguồn gây mất sinh khối
pH đầu ra thấp hơn đầu vào	pH giảm qua bể, thường đi cùng COD tăng	Methane hóa yếu, thiếu độ kiềm	Giảm tải, bổ sung độ kiềm
Tích tụ VFAs	VFAs tăng, pH giảm, khí sinh ra ít	Quá trình acid hóa nhanh hơn methane hóa	Ổn định pH và phục hồi methane hóa

>>> Xem thêm: Sự cố thường gặp khi vận hành bể kỵ khí

Sự cố 1: Trào bùn ra khỏi bể UASB

Trào bùn xảy ra khi bùn trong bể UASB bị cuốn lên vùng tách ba pha, tràn sang các khu vực khác hoặc theo dòng nước thải ra khỏi bể.

Đây là sự cố cần xử lý sớm vì mỗi lần trào bùn đồng nghĩa với mất một phần sinh khối đang được nuôi cấy. Nếu lượng bùn thất thoát lớn, hiệu suất xử lý COD giảm, TSS đầu ra tăng và thời gian khởi động bể kỵ khí UASB kéo dài.

– Nguyên nhân thường gặp

• Hệ thống phân phối nước đầu vào không đều, tạo dòng cuốn cục bộ.
• Vận tốc nước dâng vượt 1,2 m/h, làm xáo trộn tầng bùn.
• Bùn có tỷ trọng thấp do hoạt tính yếu hoặc bị khí sinh học đẩy nổi.
• pH, tải lượng COD, TSS và dầu mỡ đầu vào không được kiểm soát tốt.

– Cách xử lý

1. Giảm hoặc tạm ngưng nạp nước thải: Giữ bể ở trạng thái ổn định và vận hành bơm nội tuần hoàn cho đến khi hiện tượng trào bùn giảm.
2. Đưa vận tốc nước dâng về mức phù hợp: Duy trì khoảng 0,3 – 1,2 m/h, tránh tạo lực cuốn làm bùn tiếp tục trôi ra ngoài.
3. Kiểm tra hệ thống phân phối nước: Đảm bảo nước thải được phân phối đồng đều tại các điểm dưới đáy bể. Nếu hệ thống phân phối bị nghẹt hoặc phân phối không đều, cần xử lý trước khi tăng tải trở lại.
4. Kiểm soát tải ô nhiễm đầu vào: Tăng hiệu quả tiền xử lý để hạn chế TSS, dầu mỡ và các chất gây ảnh hưởng đến cấu trúc bùn.
5. Phục hồi cấu trúc bùn nếu cần: Khi bùn đã mất ổn định, có thể bổ sung nhóm vi sinh phù hợp để hỗ trợ phục hồi cấu trúc và hoạt tính của lớp bùn.

Sự cố 2: Tỷ lệ MLVSS/MLSS giảm

MLSS phản ánh tổng lượng chất rắn lơ lửng trong bùn, trong khi MLVSS đại diện cho phần sinh khối hữu cơ dễ bay hơi. Vì vậy, tỷ lệ MLVSS/MLSS ảnh hưởng trực tiếp tới bể kỵ khí, giúp đánh giá phần sinh khối hoạt tính trong tổng lượng bùn của hệ thống. Trong bể kỵ khí, tỷ lệ tham khảo khoảng 0,65 – 0,8. Khi tỷ lệ này giảm, lượng bùn trong bể có thể vẫn còn nhưng phần sinh khối hoạt tính đã suy giảm. Khi đó, tốc độ phân hủy COD chậm lại, quá trình hình thành bùn hạt kéo dài và nguy cơ tích tụ VFAs, giảm pH tăng lên.

– Nguyên nhân thường gặp

• Bùn bị trào ra ngoài ở giai đoạn trước.
• Clo, hóa chất CIP hoặc chất tẩy rửa đi vào bể.
• Vận tốc nước dâng không phù hợp khiến bùn liên tục bị xáo trộn.
• Tỷ lệ dinh dưỡng không phù hợp khiến vi sinh khó phát triển sinh khối. Đối với hệ kỵ khí, tỷ lệ dinh dưỡng tham chiếu là BOD:N:P = 350:5:1.

– Cách xử lý

Không nên chỉ bổ sung vi sinh ngay khi MLVSS/MLSS giảm. Trước tiên cần xác định vì sao sinh khối bị mất.

1. Rà soát và cô lập nguồn chất ức chế, đặc biệt là nước CIP và nước vệ sinh thiết bị.
2. Ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm đầu vào.
3. Không tăng tải đột ngột trong giai đoạn hệ vi sinh đang phục hồi.
4. Cân đối lại dinh dưỡng theo tỷ lệ tham chiếu.
5. Bổ sung vi sinh kỵ khí để bù phần sinh khối đã mất sau khi các điều kiện vận hành đã được kiểm soát.

Sự cố 3: pH đầu ra thấp hơn pH đầu vào

– Nguyên nhân thường gặp

Trong giai đoạn khởi động bể kỵ khí UASB, nếu pH đầu ra thấp hơn pH đầu vào, đặc biệt khi đi kèm tải COD tăng cao, đây là dấu hiệu cho thấy quá trình tạo acid đang diễn ra nhanh hơn khả năng methane hóa.

Quá trình phân hủy kỵ khí gồm: Thủy phân → Acid hóa → Acetate hóa → Methane hóa

Ở bể đang khởi động, nhóm vi sinh acid hóa thường phát triển nhanh hơn nhóm methane hóa. Khi lượng acid sinh ra vượt quá khả năng tiêu thụ và khả năng đệm của hệ thống, pH bắt đầu giảm.

Nếu tình trạng này kéo dài, nhóm Methanogens bị ức chế, khiến quá trình methane hóa tiếp tục suy yếu.

– Cách xử lý

1. Kiểm soát pH đầu vào: Duy trì pH trong khoảng 6,8 – 7,8, tối ưu khoảng 7,0 – 7,2.
2. Bổ sung độ kiềm: Có thể sử dụng Na₂CO₃ để nâng độ kiềm đệm cho hệ thống. Việc bổ sung độ kiềm giúp bể có khả năng trung hòa tốt hơn lượng acid phát sinh.
3. Giảm tải nạp: Không tiếp tục tăng tải khi nhóm methane hóa chưa theo kịp. Giảm tải giúp hệ vi sinh có thời gian thích nghi và phục hồi.
4. Phục hồi nhóm methane hóa: Khi quá trình methane hóa suy yếu, có thể bổ sung nhóm vi sinh kỵ khí phù hợp để hỗ trợ khôi phục mắt xích cuối của chuỗi phân hủy.

Sự cố 4: Tích tụ VFAs trong bể UASB

VFAs (Volatile Fatty Acids) là các axit béo bay hơi hình thành trong giai đoạn acid hóa khi vi sinh vật phân hủy carbohydrate, protein và lipid thành các acid hữu cơ mạch ngắn.

VFAs không phải là chất thải cần loại bỏ ngay. Đây là nguồn cơ chất trực tiếp cho nhóm Methanogens để chuyển hóa thành methane (CH₄). Vấn đề xảy ra khi nhóm methane hóa hoạt động yếu. VFAs được tạo ra nhanh nhưng không được chuyển hóa kịp thời, dẫn đến: VFAs tăng → pH giảm → Methanogens bị ức chế → methane hóa yếu → VFAs tiếp tục tích tụ.

– Nguyên nhân thường gặp

• Quá trình phân hủy dừng nhiều ở giai đoạn acid hóa.
• Độ kiềm carbonate trong bể không đủ.
• Nhóm Methanogens chưa phát triển đủ mạnh trong giai đoạn khởi động.
• Tải lượng hữu cơ đưa vào vượt quá khả năng xử lý hiện tại của hệ thống.

– Cách xử lý

1. Kiểm soát pH đầu vào và duy trì độ kiềm phù hợp.
2. Bổ sung Na₂CO₃ khi cần tái lập khả năng đệm.
3. Giảm tải lượng hữu cơ để hạn chế tiếp tục đưa thêm cơ chất vào khi quá trình methane hóa đang yếu.
4. Bổ sung nhóm vi sinh methane hóa để hỗ trợ phục hồi quá trình methane hóa.
5. Theo dõi tỷ lệ VFA/Độ kiềm. Giá trị < 0,4 là vùng an toàn; khi vượt 0,4, nhóm Methanogens đang bị đe dọa và cần can thiệp.

>>> Xem thêm: 8 yếu tố cần kiểm soát để khởi động bẻ kỵ khí UASB hiệu quả

Khi nào nên bổ sung vi sinh cho bể UASB?

Bổ sung vi sinh là giải pháp hỗ trợ rút ngắn thời gian phục hồi và thúc đẩy quá trình hình thành quần thể vi sinh, nhưng không thay thế việc kiểm soát thủy lực, tải lượng hay chất ức chế.

Trong giai đoạn khởi động bể kỵ khí UASB, có thể cân nhắc bổ sung vi sinh khi:

• Bể vừa xảy ra sự cố trào bùn và mất một phần sinh khối.
• Tỷ lệ MLVSS/MLSS giảm.
• Bể có dấu hiệu tích tụ VFAs và methane hóa yếu.
• Hệ thống cần rút ngắn thời gian nuôi cấy, chạy thử.
• Khởi động bể kỵ khí UASB lại sau thời gian dừng giữa các vụ sản xuất.

Quan trọng nhất là xác định đúng năng lực vi sinh cần bổ sung, thay vì chỉ lựa chọn sản phẩm theo tên gọi.

– Hỗ trợ phục hồi cấu trúc và hoạt tính bùn

Khi bể gặp tình trạng bùn mất ổn định, tỷ trọng kém hoặc vừa trải qua sự cố trào bùn, cần nhóm vi sinh có khả năng hỗ trợ phân hủy chất hữu cơ và củng cố hoạt động của lớp bùn.

Microbe-Lift SA chứa các chủng Bacillus amyloliquefaciens, Bacillus licheniformis, Bacillus megaterium, Bacillus subtilis cùng humic và humate, phù hợp với nhóm năng lực này.

– Hỗ trợ khôi phục methane hóa và bù sinh khối

Khi bể có dấu hiệu pH giảm, VFAs tích tụ hoặc MLVSS/MLSS suy giảm, trọng tâm cần chuyển sang khôi phục nhóm vi sinh methane hóa và các mắt xích trong chuỗi phân hủy kỵ khí.

ELI Biosciences BGE1 tập hợp các chủng vi sinh phục vụ các giai đoạn khác nhau của quá trình kỵ khí, trong đó có các chủng như Clostridium butyricum, Clostridium sartagoforme, Desulfovibrio vulgaris, Desulfovibrio aminophilus, Geobacter lovleyi, Methanomethylovorans hollandica, Methanosarcina bakeri và Pseudomonas citronellolis.

Sản phẩm được sử dụng với mục tiêu hỗ trợ phục hồi hệ vi sinh sau sốc tải, xử lý tình trạng tích tụ VFAs, bù sinh khối và thúc đẩy quá trình methane hóa, từ đó hỗ trợ ổn định hoạt động của bể.

Cả hai dòng sản phẩm đều ở dạng lỏng, thuận tiện cho việc bổ sung trực tiếp vào hệ thống trong giai đoạn cần phục hồi nhanh. Xem chi tiết: Giải pháp vi sinh cho bể kỵ khí: Phục hồi hệ vi sinh, tăng Biogas và giảm bùn với bộ giải pháp Microbe-Lift>>>

Khởi động bể kỵ khí UASB là quá trình nuôi cấy và cân bằng một quần thể vi sinh, trong đó tải lượng, pH, độ kiềm và sinh khối phải được kiểm soát đồng thời. Nếu xuất hiện trào bùn, MLVSS/MLSS giảm, pH đầu ra thấp hoặc VFAs tích tụ, cần xác định nguyên nhân trước khi can thiệp. Việc bổ sung đúng nhóm vi sinh sẽ giúp rút ngắn thời gian phục hồi và đưa bể UASB nhanh hơn về trạng thái vận hành ổn định.

Để được hỗ trợ tư vấn chi tiết hơn về cách khắc phục các sự cố khi khởi động bể kỵ khí UASB cũng như giải pháp men vi sinh, vui lòng liên hệ đội ngũ BIOGENCY qua HOTLINE 0909 538 514!

>>> Xem thêm: Quy trình nuôi cấy vi sinh trong bể kỵ khí